Il rientro orbitale del BFR

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bfr

#1

A parte le considerazioni sull’aspetto ‘marketing’ della missione lunare #Dearmoon vorrei soffermarmi un attimo sulla parte tecnologica e sulle modifiche che abbiamo visto sul BFS rispetto alla versione presentata nel 2017.
Con le alette laterali, che ora hanno la possibilità di muoversi per aiutare le fasi di rientro e volo atmosferico, sembra cambiata anche radicalmente la parte finale del volo del BFS. Durante la presentazione Musk ha mostrato delle simulazioni dell’ingresso in atmosfera e vorrei conoscere il vostro parere su questo particolare modo di ‘guidare’ un veicolo spaziale. A mia memoria (ma potrei sbagliare) non avevo mai visto una cosa del genere, anche se i due piccoli alettoni del veicolo ESA IXV avevano un’utilizzo simile.


300px-Intermediate_eXperimental_Vehicle.jpg


#2

Premetto di saperne poco di aerodinamica, ma per ottimizzare l’aerobraking occorre esporre quanta più superficie possibile del veicolo al flusso atmosferico. Le ali caudali riuscirebbero a sostenere un angolo di beccheggio limitato, le due alette a prua invece sembrano invece perfette per bilanciare la resistenza delle caudali e mantenere un angolo costante, fino a raggiungere un assetto stabile quasi trasversale al flusso atmosferico incidente.
Spero di non aver tirato troppi sfondoni.


#3

McDowell ha fatto un lavoro interessante, ha messo a confronto la traiettoria di rientro del BFR con quella di STS-1.


#4

Non vorrei sbagliare ma mi sembra di aver capito che il BFS rientra direttamente di coda. Questo spiegherebbe la fusoliera cilindrica, il muso con un raggio di curvatura ridotto, i piani canard e non ultimo tutte le aperture vetrate nella parte anteriore.


#5

Quando ho visto l’animazione del rientro mi sono venuti in mente i video esplicativi del rientro dello space shuttle che furono diffusi a commento del tragico rientro di STS-107. Anche nel caso del BFR mi è sembrato di riconoscere le stesse manovre di S-banking per perdere velocità, condotte naso all’insù per esporre le varie parti della “pancia” del veicolo protetta dallo scudo termico. Le tail fin in effetti mi sembano riprendere gli studi di IXV ma anche dei lifting bodies degli anni '60 (anche se non sono mai stati lanciati in orbita), che usavano queste superfici aerodinamiche per aiutare le manovre non appena la densità atmosferica consente loro di essere efficaci.
Per altri versi il corpo allungato di BFR mi ricorda anche le forme dell’X-37, che però ha l’aletta ad delta fissa…


#6

Ho unito i post di due diversi thread di discussione per formare un topic dedicato a questa discussione tecnica.


#7

si dal video non si rigira e secondo alcuni i contenitori intorno al motore servono anche per preservare i motori in fase di rientro

la dinamica del volo rispetto al video dell’atterraggio su Marte è molto diversa sia perche non rientra piu con la punta in basso che per il momento dell’accensione dei motori che è molto ritardato (dove l’atmosfera è molto minore, e l’accensione dei motori avviene quando la navetta viaggia a mach 2)

http://www.polaris.iastate.edu/EveningStar/Unit7/unit7_sub4.htm

diversi commentatori chiamano il rientro del BFR “spanciata” (belly-flops in inglese), non ho ritrovato la pagina di wikipedia che ne parlava, per cui ho allegato questo link. Inoltre, concordano che il rientro assomiglia più al rientro di un paracadutista che non una navetta e le 4 superfici aerodinamiche funzionano come le mani ed i piedi di paracadutista. Ossia le superficie aerodinamiche sono degli aereofreni che non generano portanza (sono poste perpendicolari alla direzione della discesa) ma servono per tenere stabile la discesa e muovendosi consentono di variare l’angolo di discesa ed adattare il rientro alle diverse combinazioni di velocità e di densità atmosferica.

L’accensione dei motori inizia a 1107 secondi della fase di rientro, quando il BFR è a meno di un chilometro di altezza e vola (forse è piu corretto dire cade) a poco più di 0,3 mach (circa 90 m/s), la fase propulsiva dura 15-16 secondi … secondo alcuni calcoli (non so quanto attendibili) il consumo di carburante è di soli 6t



secondo questo twitter il booster potrebbe in un secondo momento, visto lo spazio occupato dai motori, volare con 42 motori raptor


#8

Il rientro “di dietro”, per quanto non ortodosso, potrebbe essere coniugato con un’altra caratteristica innovativa: ossia un tps attivo piuttosto che passivo considerando la superficie tutto sommato limitata da coibentare e che gli ugelli dei Raptor sono naturalmente protetti rispetto al calore.


#9

A cosa ti riferisci con tps attivo?

Visto che il razzo al rientro è quasi scarico, si potrebbero usare le risorse degli impianti crigionetici per raffreddare le superfici più soggette agli stress del plasma atmosferico, è fattibile?


#10

TPS=Thermal Protection System
Sistema di protezione termica in italiano.
Passiva: smaltisce il calore in eccesso per le proprietà del materiale impiegato (ablazione, ecc.)
Attiva: smaltisce il calore in eccesso in maniera dinamica grazie all’azione di un sistema di trasferimento e distribuzione.
La propulsione elettrica è off-topic, apri un nuovo thread nella sezione apposita.


#11

Restando nel campo delle ipotesi, non lo escluderei. Nel F9 Block 5 Musk stesso diceva che è stato installato al suo interno un sistema a raffreddamento attivo, per tenere sotto controllo la temperatura delle parti più esposte al calore del rientro.


#12

A me sembra un rientro molto “standard”, si espone la maggior superficie possibile (la pancia) al flusso per rallentare fino al di sotto di Mach 1 e una volta in regime subsonico il BFR viene mantenuto verticale per effettuare l’atterraggio. La parte in cui il flusso è diretto verso la zona posteriore è ovviamente a bassissime velocità (ben al di sotto di Mach 0.4), e solo negli ultimi istanti di volo, esattamente come avviene con i primi stadi del F9.
E’ la stessa tecnica utilizzata dallo Space Shuttle e da ogni altro mezzo che rientra nell’atmosfera. La serie di imbardate intuibili dalla simulazione probabilmente hanno le stesse peculiarità di quelle che effettuava lo Space Shuttle.


#13

Anche a me sembrano le “split-s” che faceva lo Shuttle però continuo ad avere delle perplessità sulla configurazione generale, muso con raggio piccolo, pancia cilindrica e canard non mi sembrano ottimali per un rientro tradizionale…


#14

Analizzando il grafico velocità /tempo il tipo di discesa è costante con un unico rallentamento intorno al secondo 800, uno split-s. Non ne capisco molto ma a me pare convincente l’idea di un volo stile paracadutista.

Lo shuttle generando portanza è molto più graduale

Il falcon 9 pur avendo minore velocità ha un profilo di volo che consuma più carburante, ha più accensioni dei motori.


#15

Concordo, tra l’altro gli stessi booster F9 dopo l’entry burn usano le gridfin per aumentare l’angolo di attacco più possibile e cercare di generare un po’ di drag in più.
E d’altra parte più si riesce ad usare l’aria meno carburante si usa, non penso che nessuno al mondo abbia mai pensato rientri “alternativi” da questo punto di vista.

Comunque guardando i grafici i rientri, dal punto di vista dei G, sarà più simile ad una capsula che a quello dello Shuttle.


#16

Questo video simula l’ammartaggio. L’atmosfera rarefatta impone un impiego frenante delle ali, in quanto la portanza sviluppabile risulterebbe quasi trascurabile confrontata all’inerzia del BFS.
Difatti l’impiego correttivo delle alette pochi istanti prima dell’atterraggio mi pare un poco irreale.

In un atterraggio la portanza delle alette sarebbe più consistente, e dunque anche il loro ruolo nel controllo del beccheggio.


#17

Well, se queste animazioni non arrivano da SpaceX o da chi non abbia specifiche precise del BFR e dei modelli di densità atmosferica di Marte, penso che la loro attendibilità in termini di aero/astrodinamica sia prossima allo zero. Ma rimane un filmato in computergrafica affascintante :wink:


#18

Si, in effetti la simulazione di rientro mostrata durante la presentazione della missione #DearMoon, era basato su quella terrestre… e da questa estrapolare, come sembra abbia fatto chi ha realizzato il video (ottimo dal punto visivo), una manovra di rientro marziano pare, quantomeno, azzardata.


#19

Si. difatti sembra un rientro terrestre. L’aerofrenaggio dovrebbe richiedere diverse orbite, credo.
Verificato. Il video non è di SpaceX, come credevo. Lo ritenevo un video di marketing, ma neppure quello.