PSS: Все сообщения за 3 Декабря 2019 года

Б.г.> Хочу покадровый разбор видеозаписи!

Почему бы и нет. Дублирую мой разбор


Возможно, многие в этом году следили в прямом эфире за попыткой посадки первого израильского зонда на Луну. Отслеживать это было довольно удобно, так как в трансляцию часто выводились данные телеметрии о скорости и положении станции над Луной.

Общий объем показанной телеметрии таков, что в целом позволял оценить многие нюансы, связные как с конструкцией станции, так и с особенностями ее посадки. Это действительно интересно. Дело в том, что посадка на Луну — очень непростой процесс, нюансы которого публикуются редко. В частности, реальная телеметрия обычно не публикуется вообще.

Здесь же, если посмотреть на опубликованные данные, можно получить высоту станции над Луной, горизонтальную и вертикальную скорости, ускорения по осям и массу остатка топлива с окислителем с привязкой по времени. Все эти данные позволяют не только оценить схему посадки станции, но и определить, какие датчики верно отображали действительность. Так как все параметры должны быть связаны друг с другом.

Нужно только вытащить их из трансляции и свести в одну таблицу. Единственное, что сдерживало, — необходимость обработать большой объем данных. Была надежда, что кто-то проделает эту работу раньше , или SpaceILопубликует оригинал телеметрии и подробное описание аварии.

Увы, и таблицу никто не создал, и подробного описания аварии так и не появилось. Насколько мне известно, было только выпущено сообщение, что отключение главного двигателя спровоцировала посланная диспетчерами на зонд команда перезапуска одного из измерительных датчиков.

Лично мне этой информации было мало. В итоге все-таки я сделал табличку в Exel.


Она охватывает период с 22:36 по 37:00 (по собственному времени ролика). 872 строки. Чтобы лучше проанализировать данные и понять алгоритм полета станции, была создана математическая модель движения объекта с тягой в гравитационном поле Луны. Иначе было нельзя. При скорости, с которой летела станция, нельзя это не учитывать. Экселевский файл с телеметрией и обработкой можно будет скачать в конце статьи.

Например, вот как выглядит изменение общей скорости станции по времени:

Виден и этап орбитального полета (площадка с 22:36 по 25:00), этап штатного торможения (с 25:00 по 33:18) и этап падения на Луну (с 33:18 по 36:45). Белые лакуны — это моменты, когда данные не удалось получить. Это, или проблемы с получением данных со станции, или телеметрию во время трансляции закрывали другой картинкой.

•  3
•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение

Теперь давайте посмотрим, как будет выглядеть момент начала торможения. Он на графике снизу. Синяя линия — это данные по перегрузке, полученные из изменения скорости станции. Так как определение скорости шло с некоторой погрешностью, можно ориентироваться только на общую картинку. Тёмно-красная линия — это данные с датчика перегрузки по оси Z.

Сразу видно, что с датчиком перегрузки были какие-то проблемы. Почему-то он показывал значительную перегрузку даже в момент, когда двигатели были полностью выключены. Но после включения маршевого двигателя он стал показывать близкую к истине информацию. Более того — он это явно делал и дальше. Вплоть до гибели станции. Жаль только, что все равно он практически бесполезен для анализа. Перегрузка до одной десятой — это слишком грубые данные. Было бы куда информативнее, если бы она была известна с точностью до одной сотой.

По синему графику можно уже попробовать оценить параметры работы двигателей станции. На графике хорошо видны три участка. Участок около нуля — это период орбитального полета. Первая площадка в районе 0,5 м/с2 — включение двигателей ориентации для осадки топлива. Последняя площадка — это уже включение основного маршевого двигателя.

Вокруг маршевого двигателя почему-то развернулась секретность. О его характеристиках и производителе долго не писали. Но вскоре после пуска выяснилось, что это был британский LEROS.

Указаны несколько его вариантов с разной тягой/удельным импульсом. 407Н/318, 460 Н/325с, 640 Н /318 с, 1120 Н/323 с.
Попробуем точнее оценить по характеристикам станции.

На графике выше видно, что при включении двигателя ускорение изменилось чуть больше чем на 1 м/с2. Значит, полная масса станции в этот момент должна быть близка к 407, 460, 640 или 1120 кг. Масса топлива известна из телеметрии и равна 216 кг. Значит, сухая станции должна быть немного меньше 191, 244, 396 или 904 кг.

Последние цифры явно слишком велики. Проблема в том, что для сухой массы станции упоминались цифры в 195 и 160 кг. И нужно детально проанализировать телеметрию. Опять же, если бы были нормальные данные по перегрузке, то это сделать было бы просто. Но так как их нет, мне пришлось пойти сложным путем. Была проанализирована динамика спуска станции в зависимости от сухой массы в 160 и 195 кг и, на стационарных режимах, получены значения общей тяги в 668Н (из них маршевого двигателя 470Н), рулевиков — 198Н для 195 кг и 616Н/441Н/175Н — для сухой массы в 160 кг.

Где-то параллельно я увидел, что на этом слайде, опубликованном во время полета станции, указана тяга 450 Н для маршевого и, видимо, в 25 Н (общая 200Н) для рулевиков. Но уже было понятно, что это округленные данные.

Зная тягу, можно было попробовать оценить удельный импульс. Известно, что за 340-342 секунды полета станция потеряла 70 кг (213.06-143,06) топлива.

При тяге 668 Н это означает интегральный импульс в 330 секунд, а при тяге 616 Н — 305 секунд. Первый импульс явно выглядит завышенным. Но это становится более очевидным, если попробовать оценить удельный импульс рулевых двигателей.

Для ДУ LEROS есть два варианта удельного импульса, в зависимости от компонентов топлива. 326 и 318 секунд. Тогда для параметров ДУ, соответствующих сухой массе 195 кг, удельный импульс рулевых должен составлять 342 или 365 секунд. Для подобного класса двигателей это недостижимые параметры. Значит, куда ближе к истине параметры для сухой массы станции в 160 кг — 262 или 276 секунд.
Впрочем, также можно сразу отметить, что эти двигатели, как и маршевый, — двухкомпонентные. Изначально я думал, что они, возможно, работают на разложении гидразина. Но импульс слишком высокий для однокомпонентника.

Для примера можете посмотреть варианты двигателей малой тяги разработки КБХМ им. Исаева.

В результате, куда ближе к истине сухая масса в 160 кг, чем в 195 кг. Скорее всего, и эта цифра приближенная. И реальная масса, скажем, 164 кг. Но это уже и не так важно.

Суммируем начальные данные. Сухая масса 160 кг. Масса в момент начала торможения — 376 кг. Тяга маршевого двигателя — 441Н. Тяга двигателей коррекции — 175Н. Суммарная тяга — 616Н. Начальная перегрузка — 616/376 = 1.63 м/с2.

Штатный спуск

На графике ниже можно увидеть, как изменялась вертикальная скорость станции во время штатного спуска:

Очень показательный график. По нему хорошо видно, как станция отрабатывает углы тангажа для компенсации лунного притяжения, в конце выходя на постоянную скорость спуска в 24,8 м/с. То есть, станция поворачивается так, чтобы вертикальная составляющая тяги компенсировала большую часть притяжения Луны, а горизонтальная, тем временем, гасила остаток орбитальной скорости.

Вот как это должно было выглядеть в конце штатного участка полета
…

Дальше »»»

•  2
•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение

Wyvern-2>> но ведь давно никто не применяет ядра без отражателя нейтронов?
Wyvern-2>> Поэтому плутоний - да, в виде тонкостенной оболочки, но вот ядро - нет, в виде таки полого шара
G.5.> Да, скорее всего Вы правы. Но 500 Ктн в бомбе деления до сих пор не дают успокоиться больше чем "слойка"

Да что Вам эти 500?? У англичан за 700! Кт. Чистый мировой рекорд для бомбы деления. Который вряд ли кто побъет. Дорого очень. Хотя они ее как раз пытались тогда представить водородной. Так как реальная водородная не получалась. И только потом признались, что это был обман.

•  24
•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение