Небольшое предисловие от переводчика:
Насколько успешны достижения в той или иной стране, видно по активности детей в том или ином направлении. Не только детей, а юношества тоже. Иными словами, активность молодежи, если вычесть из нее составляющую программной пропаганды, является крайне точным индикатором общей успешности нации. Успешность нации, в свою очередь, зависит от того, насколько общество поддерживало, давало возможность развиваться тем самым вчерашним детям, которые когда-то играли в свои фантастические игры, а сегодня оказались на переднем рубеже науки и техники.
Круг замкнутый, но не порочный. Хотя, кое-где — порочный. Там где успех вчерашнего дня измеряется военными победами, а детям подсовывают военно-патриотическое воспитание, задвигая вбок науки и искусства… не буду называть это место на карте мира, да таких мест еще пока, к сожалению, множество. Но там дети скатываются к наркомании, к психологическим кризисам и суицидам, потому что подсознательно понимают, что когда поезда жизни и ракеты светлого будущего других сообществ устремились вперед, их вынудили оставаться на грязном, неосвещенном перроне заброшенной станции под названием “Прошлый век”. Сюда не приходят новые составы. И можно уйти лишь пешком, в одиночку. Не всякий решается.
Но вот есть другой пример того, что можно сделать тоже почти пешком, тоже почти в одиночку, но в совершенно другой атмосфере, и на базе совершенно других возможностей.
Когда я был маленьким, в магазинах продавались военно-патриотические модели танков, артиллерийских установок, военных кораблей — это была основа ассортимента сборных моделей. Меньшая их часть была представлена гражданскими самолетами и космическими кораблями. Но это еще надо было суметь встретить в магазине в условиях дефицита, реальность которого некоторыми людьми сейчас оспаривается, вместе с посещением американцами Луны и шарообразностью Земли.
Выглядит это примерно так:
«Американцы не были на Луне — Земля не может быть круглой — при социализме в магазинах было изобилие»
Но я-то помню.
Помню, как в самом конце 80-х в продаже появилась сборная модель системы «Энергия — Буран». Я успел её купить и склеил. Потом она пропала, так же как и сама система «Энергия — Буран».
Сейчас иные времена. И сборных моделей предостаточно, потому что стены рухнули и ветер перемен принес сюда многое. В том числе и — хорошее. Появилось изобилие, правда не всегда оно сопровождается качеством. Но как бы то ни было, а разнообразия прибавилось. И теперь радиоуправляемым коптером никого не удивишь.
Но это, если не игрушка, то вполне практически оправданное средство аэрофотосъемки.
А вот что действительно удивительно, так это попытка создать модель, максимально приближенную по функциональности к настоящей космической ракете. И дело не в том, долетит ли она до орбиты, выведет ли спутник. Дело в воссоздании технологий или хотя бы — в имитации технологий, до который порой целые НИИ и КБ дотянуться не могут.
А вы можете себе представить, чтобы какой-нибудь юный техник из Сызрани сконструировал полнофункциональную модель ракеты Ангара?
Какие у этого парня могут быть перспективы?
Он попадает как минимум на:
-хранение и использование взрывчатых веществ;
-применение технологий двойного назначения;
-несанкционированный запуск беспилотных летательных аппаратов.
Если подумать, то еще много неприятностей найдется, а ведь по части специалистов из области инкриминирования правонарушений мы впереди планеты всей. Достроить ракету не дадут. Запустить — тем более.
Но кое-где это возможно.
Давайте об этом чуть подробнее.
Джо Барнард — молодой американец, получивший образование музыкального продюсера, внезапно был поражен успехами компании SpaceX Илона Маска. Он был вдохновлен ими настолько, что стал мечтать о новой профессии, решил получить работу в сфере космических технологий. Но он осознавал, что не имеет ни базовых знаний, ни опыта. И решил заполучить то и другое создавая модели ракет. И на уменьшенных макетах разобраться в том, как они управляются, что делает их надежными, как суметь вернуть ракету из полета без повреждений.
Джо создает собственную компанию — BPS.space, которая, как я понял, разрабатывает космические носители в уменьшенной виде и для продажи — любителям позапускать самолетики-вертолетики — почему бы не позапускать и ракеты? - чем эти виды радиоуправляемых гаджетов хуже.
Но главное кредо Джо Барнарда — полная функциональность изделия, или, как минимум, — её имитация. И главной целью в этой деятельности он видит именно изучение технологической стороны будущих ракет. Стратегия такова: необязательно строить большую настоящую ракету. Некоторые идеи для будущих ракет можно изобрести в работе над уменьшенной копией.
Лично мне такой подход представляется спорным, но не лишенным смысла вообще. В некоторых случаях он может принести пользу. И точно может быть развивающим и познавательным. А особенно он хорош для заполнения свободного времени, направления энергии молодых людей в конструктивное русло, и великолепен для проведения флешмобов, направленных на поддержку науки, техники и здравого смысла.
Известность к Джо Барнарду и его компании BPS.space пришла после одного из тестовых полетов сделанной им полнофункциональной модели ракеты Falcon Heavy. И хотя сам запуск был не в полной мере успешным, и после отделения боковых ускорителей, центральный бустер потерял управление, и полет был прерван. Но все блоки ракеты были благополучно возвращены на землю и восстановлены для следующих запусков.
Благодаря социальной сети Facebook и сообществу AstroAlert «Наблюдательная астрономия» (отдельное спасибо Андрею Иванову) я посетил сайт Джо Барнарда и компании BPS.space, прочитал его отчет о создании и испытании модели ракеты Falcon Heavy выполненной в масштабе 1/48 и поразился масштабом и глубиной подхода. И я решил поделиться этим отчетом с посетителями сайта NEANE Records и всеми неравнодушными к космической тематике людьми. Я перевел эту статью на русский язык и предлагаю Вам её прочитать. И, что особенно ценно, там очень красивые и доходчивые иллюстрации и видеоролики.
Читайте и вдохновляйтесь!
Действующая модель ракеты Falcon Heavy в масштабе 1 к 48
Каждый из трех боковых ускорителей имеет бортовой компьютер, систему развертывания парашюта и узел управления вектором тяги. Верхняя ступень также летает с управлением вектора тяги, и она несет напечатанный на 3D-принтере спортивный автомобиль - никакая модель Falcon Heavy не будет полной без нее.
Один из первых рендеров модели ракеты-носителя Falcon Heavy, выполненный в программе CAD
Модель Falcon Heavy демонстрирует технологии проекта BPS.space. Цель состоит в том, чтобы продемонстрировать возможную реалистичность моделей выполненных в уменьшенном масштабе.
АВИАЦИОННАЯ РАДИОЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Компьютер управления полетом (бортовой компьютер) Falcon Heavy — это продвинутая версия платы Signal, спроектированной специально для управления вектором тяги в модельных ракетах. На каждом компьютере имеется набор гироскопов MEMS и акселерометров для измерения движения и ориентации ракеты на базе таких же датчиков, что и у большинства смартфонов. Датчик барометрического давления используется для определения высоты ракеты над уровнем земли.
Бортовые компьютеры слева направо: левый ускоритель, центральный бустер, правый ускоритель, верхняя ступень
Модель Falcon Heavy демонстрирует технологии проекта BPS.space. Цель состоит в том, чтобы продемонстрировать возможную реалистичность моделей выполненных в уменьшенном масштабе.
Инерциальный датчик ориентации. Содержит 3 гироскопа и акселерометры (очевидно, датчики измерения перегрузки). Он невероятно мал.
Процессор Cortex M0 48mhz в каждом бортовом компьютере считывает данные датчиков полета на частоте 400 Гц и записывает 31 канал данных на микросхему флэш-памяти 40 раз в секунду. Каждую секунду, пока Falcon Heavy находится в воздухе, в память пишется 4 960 точек данных — данных не бывает слишком много.
Бортовые компьютеры не общаются друг с другом во время полета, датчики и программное обеспечение достаточно точны, в рамках требований для коротких полетов. Ни одна из настроек полета не закодирована жестко; в зависимости от профиля полета, все они могут быть изменены с помощью приложения для Signal под iOS / Android.
Каждый бортовой компьютер Signal весит всего 15 грамм
Программное обеспечение для полета написано на C++, приложение iOS в Swift, а Android-приложение на Java. Руководство по полетам рассчитывается с использованием кватернионов, которые являются более эффективными с точки зрения вычислений и используются для руководства в некоторых космических ракетах-носителях. Более подробную информацию о различных летательных аппаратах BPS.space можно найти с помощью кнопки ниже. Вы также можете кликнуть здесь для просмотра высотных тестов гироскопа.
МЕХАНИКА
Узлы крепления в верхней части каждого бокового ускорителя скользят вниз по салазкам на центральной ступени, что дает им немного зазора во время разделения ступеней. Эта пассивная установка очень проста во время полета, но ускорители обычно соединяются болтами вместе, пока вся ракета еще находится на земле. Все три ускорителя также соединены у основания конструкции, используя несколько более простую упорную пластину.
Разделение ступеней на замедленной в 4 раза скорости
Боковые ускорители остаются прикрепленными к центральному бустеру, поддерживая несколько более высокую чистую силу тяги, чем одна только связка “центральный бустер и верхняя ступень”. Как только центральный бустер начинает производят больше нетто-тяги, чем боковые сердечники, ступени разделяются. Для надежности каждый боковой ускоритель также имеет зазор для небольшого разделительного двигателя. При использовании разделяющий двигатель работает под небольшим углом через боковую дюзу, чтобы обеспечить штатное отделение от центрального бустера. На данный момент этот механизм не для полетов не требуется, но может быть полезен в дальнейшем.
Разделение ступеней во время первого полета модели Falcon Heavy
Центральный ускоритель модели Falcon Heavy проходит через две фазы ускорения во время полета. На первом этапе присоединены боковые сердечники. Прямо вокруг отработавшего свой этап первого двигателя начинает работать двигатель установленный глубже в конструкции ускорителя, и начинается вторая фаза ускорения. Эти две ракетные двигательные установки расположены друг на друге по оси центрального ускорителя. Когда зажигается второй двигатель, отработанный двигатель выталкивается вниз. Эта же техника используется для управления двигателями взлета и двигателями посадки в других ракетах BPS.space.
Ракетные двигатели на каждом этапе модели Falcon Heavy могут быть закреплены на ± 5 градусов в любом направлении. Поскольку боковые ускорители не создают тягу непосредственно через центр масс транспортного средства, их можно использовать не только для тяги и рыскания, но и для управления рулем. Каждый многобустерный полет выполняется по дугообразной траектории, которая обычно составляет 20 градусов, выполняемого со скоростью 30-40 долей градуса (предположительно - угловых минут) в секунду.
Рулевое управление в модели Falcon Heavy
Запуск модели Falcon Heavy требует немного предусмотрительности. Двигатель центрального бустера имеет небольшой осевой импульс при воспламенении, после чего количество создаваемой силы медленно уменьшается. При подъеме боковые ускорители должны иметь больше чистой тяги, чем центральный ускоритель. Из-за этого во время полного полета FH центральное ядро запускается на T-1 секунде, в то время как ракета все еще удерживается на площадке при помощи зажимов запуска. При T-0 запускаются боковые ускорители, а при T+0,25 ракета высвобождается. Нажмите для получения более подробной информации о стартовой площадке.
Продолжение во второй части
