Apology OTRAG або як ракети вибухнуть

Продовжуємо говорити про модульний «великий ходовий» пусковий автомобіль OTRAG. У другій частині ми довели з фігурами в руці, що надійність великого пучка ракетних блоків може бути забезпечена, додаючи надлишкові блоки. Наступне заперечення, яке було неодноразово піднято у коментарях, є сценарією авальничного краху пакету, коли один блок не вдається. При відмові одного блоку призводить до вибуху, фрагменти перерву через сусідні блоки, які також вибухають, і весь перевізник ракети летить на шматки. Так сьогодні ми будемо говорити про фізику вибуху, що може вибухнути в ракеті, і як це зробить.

Щоб розпочати роботу, подивіться на добре відоме компіляція ДТП:



Зауважте, що вибухи не є основним типом випадковості, а найяскравіші «бабачки» відбувається, коли ракета потрапляє на землю або після руйнування у польоті.

Що таке «вибух» з точки зору фізики? Звісно, немає простої відповіді. Хімічні вибухові речовини, атомна бомба, парова котел, вулкан, зірка і навіть метеоритна осінь може супроводжуватися вибухом. Незважаючи на дуже різні принципи, всі ці вибухи супроводжуються випуск великої кількості енергії в невеликій кількості за короткий період часуй Якщо вибух пов'язаний з горінням матерії, то в разі, коли паління передній рухається швидше, ніж швидкість звуку, цей процес називається детонацією. Для створення надзвукового фронту може знадобитися спеціальні пристрої - детонатори. Наприклад, TNT (тринітротулен), якщо він встановлюється на вогонь, буде безпечно горіти. Але якщо ви вставляєте детонатор на перевірку TNT, він вже може ініціювати вибух. Податки, такі як гармата І якщо згоряння відбувається в закритому об'ємі, то тиск може швидко підніматися, що ефективно кинути куля або снаряд з бочки.

Що може вибухнути в ракеті?Аварійна детонаціяй По суті, це єдиний елемент, який може детонувати в ракетному транспорті. Таким чином, некеровані ракети не завдають шкоди, він підірваний. Тут, наприклад, місце розташування шнурових зарядів, які розміщені на космічному шляпці:

р.

Довгий вибуховий заряд швидко і ефективно знищить зовнішній паливний бак і твердопаливні прискорювачі. Наприклад, в аварійній катастрофі Challenger, бустери пережили згортання човна та паливного бака, і були детоновані цими зарядами через кілька секунд.
У радянській/російській традиції, коли космічний порт далеко від щільно заселених територій, аварійна ракета просто відключає двигуни. На ракеті немає вибухових речовин.

Деструкція прискорювача твердого паливай Прискорювачі твердого палива, як ви знаєте, не можна вимкнути після запалювання. А їх тяга регулюється профілем отвори в твердому паливі:

Габаритний зображення

Якщо є, наприклад, тріщина в паливній бомбі, то її поверхня також почне спалювати, різко збільшуючи тиск. Якщо тріщина велика, перебіг тиску може знищити акселератор, що робить дуже вражаючий вибух:



Збій двигунай Зварювальні камери з регенеративною системою охолодження, насадками, трубопроводами і з'єднаннями - будь-яка відмова тут може призвести до руйнування двигуна. Наприклад, насадка головки згорнулася в польоті Дракона CRS-2 в 2012 році:



Вибух був досить потужним - відео показує вихідний ярмарок двигуна. Але SpaceX пощастило – не було фрагментів, які б пошкодили сусідні двигуни, Дракон успішно вилетів до МІС.

Деструкція турбокового блокуй Турбогенератор являє собою високонавантажувальну турбіну, яка обертається на величезній швидкості і насосів десятки і сотні кілограмів паливних компонентів на секунду.

5 499 р.

Згортання може бути пов'язано з дефектом матеріалу (в авіації, є випадки руйнування турбіни, коли дефект закладено на стадії лиття під титановим баром). Якщо ротор «прокрутки» по стіні, тепло виділяється від тертя різко підніме тиск і викликає вибух. TNA також може отримати зовнішній об'єкт від паливного бака, який, знову, призведе до вибуху. Небезпечне руйнування ТНК, оскільки дуже швидка поворотна турбіна може вибухнути у важкі та небезпечні фрагменти. Попередньо, руйнування турбопаду викликало катастрофу Антарес Орб-3 восени 2014 року. Результати дослідження ще не були оголошені, але зміна кольору полум’я коротко перед вибухом і серйозне руйнування хвоста ракети робить цю версію дуже ймовірним.

Деструкція танків і трубопроводівй Найменша ймовірність і найменший вибуховий варіант. Невеликий витік може піти неочищений, середній може почати вогонь, і потрібно спеціально придумати сценарій, який призведе до вибуху. Щось таке поломка паливного трубопроводу, що призведе до утворення суміші палива і повітря в моторному відсіку і подальшого вибуху цієї суміші.

Що може вибухнути в OTRAG? Згадуємо дизайн ракетного блоку ОТРАГ:



Резервуари паливних, окислювачів і газу не можуть вибухнути. Точно, найпростіше пресування з невеликим підвищеним тиском дозволяє дізнатися, чи буде це окремий блок витримувати робочий тиск. Якщо виникне малоймовірне рішення, компоненти витікають без умов вибуху. Простір між блоками в атмосферних умовах в польоті не дозволить компонентам для об'ємного вибуху формувати. Навіть катастрофічна втрата герметичності у випадку, наприклад, провал кріплень суглоба, не може призвести до утворення небезпечних для сусідніх блоків фрагментів.

Блок турбо-насоса не може згорнути в OTRAG просто тому, що це не так. Комплектуючі для палива поставляються з підвищеним газом і не використовують додаткові насоси.

Що стосується камери згоряння і двигуна, то вони максимально прості:



Блок управління відходами. Два труби (окислювач і паливо), двигун приводу клапана і штанги, що з'єднують клапани, щоб одночасно змінити запас компонентів.



Ліворуч - блок сопла. М'яч в передній частині, очевидно, показує, що клапан живлення компонента є звичайним кульовим клапаном.



Камера горіння. Охолодження стін



Двигун змонтований на стенді

В середині дев'яти років Lutz Kaiser відвідав Араділло аерокосмічний простір і дав їм копію сучасної версії інжектора:



Блок управління відходами



Вид з вище, кулькові крани чітко видно



Блок Nozzle

Така структура, що працює в умовах 40 атома, не може вибухнути. Не існує регенеративної системи охолодження, яка може вигорнути, не комплексних трубопроводів, а насадки свердлять в металі видимий запас безпеки. В цілому двигун з його простотою нагадує сантехніку - два кулькові крани і душова вода.
Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час і місце вручення квітів, а якщо необхідно, то збережемо сюрприз. Це смішний, але є відео подібних збоїв на YouTube - деякі японські компанії були випробування ракетних двигунів. Важко, ніж OTRAG, і ще в найгіршому сценарії випадку двигун просто зникає. Якщо це сталося в польоті, то вирушений двигун не може пошкодити сусідні блоки.



Остаточний аргумент. 40 атмосферу трохи відрізняються сучасними стандартами. Внутрішній газовий циліндр має 20 атмосфери, тільки половина ОТРАГ, і це не перешкоджає поширенню їх використання, незважаючи на те, що якість їх обслуговування далеко від місця. На сьогоднішній день вони широко використовуються і успішно використовуються.

Я сподіваюсь, що вищезазначені аргументи досить розпізнати сценарій авальничо-подібного руйнування блоків надзвичайно малоймовірно. OTRAG може мати хорошу і надійну ракету.

Перелік використаних джерел

1. Фотогалерея
2. Збірка матеріалів
3. Візит Каайзера в Араділло Aerospace

Джерело: geektimes.ru/post/248032/