Для этого нужно взглянуть на процесс посадки ракеты с точки зрения физики.
После успешного запуска капсулы поддержки, «революционная» ракета Falcon 9 от SpaceX попыталась приземлиться на баржу в море. Посадка не удалась.
Портал Wired наглядно объяснил, в чем сложность посадки ракеты.
Для этого нужно взглянуть на процесс посадки ракеты с точки зрения физики. Следует учитывать, что речь идет об общих физических принципах, а не технических деталях посадки ракеты.
Человечество высаживало несколько космических аппаратов на Луну в ходе миссий «Аполлон». Совершить такую посадку определенно легче, чем Falcon 9, ведь у лунного модуля есть ракета снизу, но вращается он при помощи других двигателей сбоку.
Фото: NASA
Лунный модуль Аполлона-16
У Falcon 9 есть ракетный двигатель снизу, и он используется как для движения ракеты, так и для ее вращения. Поэтому маневрировать Falcon 9 немного сложнее (кроме того, на Луне гравитационное поле гораздо меньше).
Три маневра для ракеты
Ракета Falcon 9 может делать три вещи, используя главный двигатель:
1. Вертикальное ускорение: полезно для замедления ракеты, чтобы она не разбилась.
2. Горизонтальное ускорение: используется для изменения горизонтальной скорости ракеты. Это полезно для изменения горизонтального положения ракеты, чтобы она могла сесть на баржу в океане.
3. Угловое ускорение: оно меняет вращательное движение космического аппарата относительно центра массы. Это полезно в случае, если ракета садится в вертикальном положении.
Фото: Wired
Например, ракета Falcon идет на посадку и у нее есть некоторая горизонтальная скорость. Для того чтобы замедлиться для безопасной посадки, ракета должна двигаться в противоположном направлении. Вот что происходит.
Чтобы ускориться вправо, ракета изменяет угол. Но поскольку эта сила тяги не действует в линии, которая проходит через центр масс, возникает крутящий момент, который изменяет вращательное движение корабля. Следует добавить тот факт, что нужно всегда изменять значение тяги, чтобы ускорять ракету вверх и вниз.
Посадить такую ракету крайне сложно. Чтобы лучше понять это, можно попробовать балансировать с вертикально установленной шваброй (или другой длинной палкой) на руке, просто установив на нее один конец объекта. При этом, нужно перестать двигаться.
Фото: Rhett Allain
В этом примере действительно можно остановить швабру, и она не упадет. Но в случае с ракетой, нужно одновременно остановить ее и удерживать вертикально до конца.
Почему бы не использовать другую конструкцию ракеты?
Можно рассмотреть несколько ракетных конструкций. Во-первых, есть Falcon 9. Во-вторых, есть плоская конструкция, которую будет весьма просто посадить — что-то вроде лунного посадочного модуля.
Фото: Wired
«Легким модулем» будет гораздо проще управлять. Во-первых, он не высокий и не тонкий, как Falcon 9. Центр массы расположен ближе к основным двигателям, поэтому они не будут провоцировать появление крутящего момента, который нужно будет изменять вращательными движениями.
Кроме того, у него есть несколько двигателей, поэтому в нем можно варьировать тягу, чтобы создать нулевой крутящий момент. Также, в этой конструкции есть боковые двигатели. Можно изменить горизонтальное движение «легкого модуля» даже не разворачивая космический аппарат.
Хотя «легкий модуль» легче посадить, он не так функционален, как Falcon 9.
Falcon 9 не спроектирована для приземления на баржу в океане (хотя пытается). Ракета спроектирована, чтобы запускать полезный груз на орбиту. Это ее основная функция, с которой «легкий модуль» не справится никак.
Ракеты высокие и тонкие, поэтому встречают меньше сопротивления воздуха по мере ускорения через атмосферу. Чем меньше площадь поперечного сечения передней части ракеты, тем ниже сопротивление воздуха.
Чтобы «легкий модуль» запустил полезный груз в космос, он должен иметь намного больше топлива, чтобы компенсировать большое сопротивление воздуха. Но с большим количеством топлива понадобится большая ракета, которая потребует еще больше топлива. При запуске ракеты каждый грамм имеет значение.
Таким образом, понятно, почему сделать ракету для запуска полезного груза на орбиту и благополучной посадки на баржу в земном океане в дальнейшем довольно трудно.
Напомним, 10 января Ракета Falcon 9 успешно вывела на орбиту космический грузовик Dragon. Первая ступень после отделения должна была приземлиться на большую платформу, установленную в океане у побережья Флориды. В будущем планируется использовать первые ступени Falcon 9 вторично. Маск заявил в Twitter: «Ракета долетела до космического порта, но приземление было жестким», а также опубликовал фото неудачной посадки.
