"Негром­кий ин­сульт" част­ной кос­мо­нав­ти­ки

"Негром­кий ин­сульт" част­ной кос­мо­нав­ти­ки сен­тяб­ря гений част­но­го кос­мо­са Илон Маск на­ри­со­вал два твита (см.

ри­су­нок):

Внизу, жир­ным шриф­том, он со­об­щил, что ком­па­ния столк­ну­лась "с самой слож­ной и за­пу­тан­ной ава­ри­ей за че­тыр­на­дцать лет". Вто­рой твит ещё уди­ви­тель­нее: "В част­но­сти, ста­ра­ем­ся по­нять (при­чи­ну) негром­ко­го удара за несколь­ко се­кунд до по­яв­ле­ния вспыш­ки. Воз­мож­но он раз­дал­ся на борту ра­ке­ты или где-​то ещё".

Где-​то ещё... Самая слож­ная и за­пу­тан­ная ава­рия.В этом со­об­ще­нии самая цен­ная ин­фор­ма­ция "негром­кий удар" (the quieter bang sound - можно ещё ли­те­ра­тур­ней пе­ре­ве­сти - при­глу­шён­ный звук раз­ры­ва, при­глу­шён­ный хло­пок).Что ж... Если аме­ри­кан­ские ин­же­не­ры не знают, в чём при­чи­на "негром­ко­го удара", при­дёт­ся рас­ска­зать, что знают рус­ские ин­же­не­ры. Здесь и далее - то, чему меня учили.

Если спе­ци­а­ли­сты SpaceX до сих пор не ска­за­ли, что слу­чи­лось в рай­оне сты­ков­ки ма­ги­стра­лей за­прав­ки и дре­на­жа со вто­рой сту­пе­нью, то это боль­шой ой, так как они на­вер­ня­ка знают при­чи­ну. (По­че­му они мол­чат, скажу в конце за­пи­си).По моему опыту, ко­то­рый в меня вдол­би­ли мои учи­те­ля, жид­кий кис­ло­род, ввиду его вы­со­кой плот­но­сти (1140 кг/куб.м при нор­маль­ной тем­пе­ра­ту­ре ки­пе­ния кис­ло­ро­да 90К = -183С) яв­ля­ет­ся весь­ма "гид­ро­удар­ной" жид­ко­стью. По­это­му, от греха по­даль­ше, все диа­мет­ры ма­ги­стра­лей и ско­ро­сти за­прав­ки под­би­ра­ют­ся таким об­ра­зом, чтобы в самых узких се­че­ни­ях ско­рость кис­ло­ро­да не пре­вы­ша­ла 2 м/с.

Так как Сокол-​9 из­на­чаль­но кон­струк­тив­но яв­ля­ет­ся пе­ре­утя­же­лён­ной ра­ке­той, для по­вы­ше­ния энер­ге­ти­ки пус­ков и воз­мож­но­сти вы­во­да на ор­би­ту хоть какой-​то при­ем­ле­мой по­лез­ной на­груз­ки, ком­па­ния SpaceX была вы­нуж­де­на при­ме­нить в ка­че­стве топ­ли­ва пе­ре­охла­ждён­ный ке­ро­син и в ка­че­стве окис­ли­те­ля пе­ре­охла­ждён­ный кис­ло­род. За счёт пе­ре­охла­жде­ния, мас­ков­цы за­прав­ля­ют в ту же ра­ке­ту при­бли­зи­тель­но на 15% боль­ше кис­ло­ро­да и на 2.5% боль­ше ке­ро­си­на.

НО.

При этом плот­ность жид­ко­го кис­ло­ро­да уже не 1140 кг/куб.м, а все 1300 кг/куб.м. Од­но­вре­мен­но с по­вы­ше­ни­ем плот­но­сти, воз­рас­та­ет и вяз­кость жид­ко­го кис­ло­ро­да. Более вяз­кий кис­ло­род при том же дав­ле­нии течёт мед­лен­нее, зна­чит, для со­хра­не­ния цик­ло­грам­мы (вре­ме­ни) за­прав­ки, мас­ков­цы были вы­нуж­де­ны "под­да­вить" на­со­сы и уве­ли­чить дав­ле­ние за­прав­ки. Со­от­вет­ствен­но, ско­рость по­то­ка пе­ре­охла­ждён­но­го жид­ко­го кис­ло­ро­да тоже уве­ли­чи­лась.

На­звать точ­ные цифры не могу - я не знаю, как силь­но они фор­си­ро­ва­ли ре­жи­мы за­прав­ки - но со­вер­шен­но точно то, что ско­ро­сти за­прав­ки жид­ко­го кис­ло­ро­да по­вы­шен­ной плот­но­сти воз­рос­ли - до­пус­каю, что на 10-15%.

А это, ре­бя­та, пре­крас­ные усло­вия для воз­ник­но­ве­ния гид­ро­уда­ра. Как воз­ни­ка­ет гид­ро­удар по жид­ко­му кис­ло­ро­ду? Если в тру­бо­про­во­де есть га­зо­вый пу­зырь (а он обя­за­тель­но воз­ни­ка­ет при любой за­держ­ке - кис­ло­род ин­тен­сив­но кипит в тёп­лых ма­ги­стра­лях при на­ча­ле за­прав­ки), то в силу ни­чтож­ной плот­но­сти газа по срав­не­нию с жид­ко­стью, при от­кры­тии кла­па­на, газ про­сви­сты­ва­ет через кла­пан, жид­кий кис­ло­род под дав­ле­ни­ем устрем­ля­ет­ся по трубе - и всей несжи­ма­е­мой мас­сой уда­ря­ет­ся об "узость" - там, где тор­мо­зит­ся, - или в изо­гну­том гиб­ком ру­ка­ве за­пра­воч­ной ма­ги­стра­ли, или в замке сты­ков­ки с бор­том, или в бор­то­вом кла­пане.

Энер­гия удара опи­сы­ва­ет­ся зна­ко­мой всем школь­ни­кам фор­му­лой ки­не­ти­че­ской энер­гии - массу разо­гнав­шей­ся жид­ко­сти надо умно­жить на квад­рат ско­ро­сти по­то­ка и по­де­лить по­по­лам.Какая же это может быть энер­гия? В ма­ги­стра­ли дли­ной в сотню мет­ров (а вы­со­та Сокола-​9 со­став­ля­ет 70 м - со всеми за­ги­ба­ми и на­зем­ны­ми участ­ка­ми по­лу­ча­ет­ся как раз ми­ни­мум 100 м - ещё раз - это ми­ни­мум, ре­аль­но боль­ше) при диа­мет­ре трубы за­прав­ки, ска­жем, в 100 мм (для неболь­шой вто­рой сту­пе­ни) каж­дый по­гон­ный метр трубы со­дер­жит 10 (де­сять) ки­ло­грам­мов жид­ко­го кис­ло­ро­да, со­от­вет­ствен­но, в трубе дли­ной 100 мет­ров - раз­го­ня­ет­ся одна тонна окис­ли­те­ля (ма­ло­лит­раж­ный ав­то­мо­биль). Если ско­рость в трубе ни­чтож­ных 3 метра в се­кун­ду, то это в при­выч­ных нам раз­мер­но­стях со­став­ля­ет 11 км/ч (ско­рость бе­гу­на в парке).

А те­перь возь­ми­те свою ма­ши­ну, раз­го­ни­тесь до сла­бень­кой ско­ро­сти 11 км/ч и впи­ли­тесь в бе­тон­ный столб. Что про­изой­дёт? Бам­пер, ми­ни­мум, всмят­ку. Вот то же самое про­ис­хо­дит и с уз­ла­ми сты­ков­ки за­пра­воч­ных ма­ги­стра­лей - если слу­ча­ет­ся гид­ро­удар по жид­ко­му кис­ло­ро­ду.По­это­му, я думаю, что при­о­ри­тет­ной вер­си­ей "негром­ко­го звука" ("при­глу­шён­но­го хлоп­ка") яв­ля­ет­ся гид­ро­удар по пе­ре­охла­ждён­но­му жид­ко­му кис­ло­ро­ду с по­сле­ду­ю­щим раз­ру­ше­ни­ем гиб­ко­го ру­ка­ва узла сты­ков­ки ма­ги­стра­ли за­прав­ки жид­ко­го кис­ло­ро­да (воз­мож­но, зам­ков сты­ко­воч­но­го узла или участ­ка бор­то­вой ма­ги­стра­ли) с течью свар­ных швов, с од­но­вре­мен­ным на­ру­ше­ни­ем гер­ме­тич­но­сти узла сты­ков­ки со­сед­ней ма­ги­стра­ли за­прав­ки ке­ро­си­на (там всё очень рядом), сме­ше­ни­ем кис­ло­ро­да с ке­ро­си­ном в рай­оне под­клю­че­ния ком­му­ни­ка­ций к борту (ско­рее всего, внут­ри борта) - и по­сле­ду­ю­щим вос­пла­ме­не­ни­ем па­ро­жид­кост­но­го "кок­тей­ля".

Вто­рой, не менее непри­ят­ной для SpaceX, вер­си­ей яв­ля­ет­ся ава­рия по дре­на­жу бака с пе­ре­охла­ждён­ным кис­ло­ро­дом и раз­ру­ше­ние кис­ло­род­но­го бака. В этой вер­сии есть мут­ное место - если ке­ро­син был гер­ме­ти­чен, то та­ко­го взры­ва не могло быть.(Второй-​с-половиной вер­си­ей яв­ля­ет­ся раз­ру­ше­ние чего-​либо кис­ло­род­но­го (по гид­ро­уда­ру в ма­ги­стра­ли или пре­вы­ше­нию дав­ле­ния в баке) - и по­сле­ду­ю­щим по­па­да­ни­ем жид­ко­го кис­ло­ро­да в си­сте­му га­ран­ти­ро­ван­но­го пуска дви­га­те­ля вто­рой сту­пе­ни. Но для этого нужно по­ни­мать ком­по­нов­ку вто­рой сту­пе­ни и где бор­то­ви­ки смон­ти­ро­ва­ли ём­ко­сти с три­этил­бо­ра­том и три­этил­а­лю­ми­ни­ем).

А те­перь - по­че­му SpaceX вы­нуж­де­на глухо мол­чать.Если это гид­ро­удар на за­прав­ке, если это гид­ро­удар на пе­ре­охла­ждён­ном кис­ло­ро­де, то это неустра­ни­мая кон­струк­тив­ная ошиб­ка - надо или умень­шать рас­хо­ды за­прав­ки, уве­ли­чи­вать время за­прав­ки и резко уве­ли­чи­вать по­те­ри кис­ло­ро­да за счёт ис­па­ре­ния - за­но­во про­ве­рять все дре­на­жи, за­но­во всё нудно и упор­но от­ра­ба­ты­вать - а это ме­ся­цы и ме­ся­цы тя­жё­лой ра­бо­ты, ни­ка­ких пус­ков, сплош­ные рас­хо­ды - но, самое непри­ят­ное, надо что-​то так объ­яс­нить мил­ли­о­нам пыт­ли­вых фа­на­тов част­но­го кос­мо­са, чтобы они ни о чём не до­га­да­лись.

Это нетри­ви­аль­ная за­да­ча, но, я уве­рен, бле­стя­щая PR-​служба SpaceX с этой за­да­чей спра­вит­ся.С пла­мен­ным при­ве­том Илону Маску, с по­же­ла­ни­я­ми по­луч­ше по­нять при­чи­ну "негром­ко­го удара".

UPDВ ходе неболь­шой тех­нар­ской го­ло­во­лом­ки вы­яс­ни­лось, что гении кон­стру­и­ро­ва­ния раз­ме­сти­ли шар-​баллоны гелия вы­со­ко­го дав­ле­ния в вы­штам­пов­ках бака жид­ко­го кис­ло­ро­да. Спа­си­бо Ан­то­ну Па­лья­но­ву за фо­то­гра­фию. В этом слу­чае, вер­сия Дмит­рия Иго­ре­ви­ча Обер­ни­хи­на (см. ком­мен­та­рии) о беде с композитным-​шар-баллоном тоже вы­ка­ты­ва­ет­ся на аван­сце­ну. Но это такой лип­кий ужас, что без мата ком­мен­ти­ро­вать невоз­мож­но.

Дмит­рий Ко­на­ны­хин

Ис­точ­ник: http://www.warandpeace.ru/ru/commentaries/view/114791/

До­пол­ни­тель­но про шар-​баллоны гелия вы­со­ко­го дав­ле­ния. спа­си­бо user3120

В общем-​то, всё уже по­нят­но. За несколь­ко се­кунд до взры­ва про­изо­шел некий негром­кий «хло­пок», ну а потом уже са­да­ну­ло. Что са­да­ну­ло — тоже по­нят­но, кис­ло­род с за­прав­ки вто­рой сту­пе­ни со­еди­нил­ся либо с ке­ро­си­ном, либо с три­этил­бо­ра­том и три­этил­а­лю­ми­ни­ем (ис­поль­зу­ют­ся для за­пус­ка дви­га­те­ля 2-й сту­пе­ни). Но го­раз­до ин­те­рес­нее, от­че­го же потек кис­ло­род и что это был за хло­пок.

Мне тут рас­ска­за­ли, что гении кон­стру­и­ро­ва­ния из ко­ман­ды Оло­ло­ши на­ше­го Маска раз­ме­сти­ли шар-​баллоны гелия вы­со­ко­го дав­ле­ния в вы­штам­пов­ках бака жид­ко­го кис­ло­ро­да — ну чтобы место зря не те­рять, ра­ке­та и так по­лу­чи­лась непро­пор­ци­о­наль­но длин­ной. Шар-​баллоны эти, как модно у аме­ри­кан­цев, сде­ла­ны из уг­ле­пла­сти­ко­во­го ком­по­зи­та. Тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния жид­ко­го кис­ло­ро­да равна -183 С, но Оло­ло­ша наш Маск ис­поль­зу­ет пе­ре­охла­жден­ный кис­ло­род, чтобы его по­боль­ше на­пи­хать в баки, а по­сколь­ку тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния кис­ло­ро­да -219 С, тем­пе­ра­ту­ра баков по­лу­ча­ет­ся в рай­оне -200 гра­ду­сов цель­сия. До близ­кой тем­пе­ра­ту­ры охла­жда­ют­ся и шар-​баллоны. При такой тем­пе­ра­ту­ре ком­по­зи­ты бал­ло­на с ге­ли­ем вы­со­ко­го дав­ле­ния ста­но­вят­ся хруп­ки­ми. Бал­лон разо­рва­ло, оскол­ки раз­во­ро­ти­ли бак с кис­ло­ро­дом и по­вре­ди­ли ем­кость с три­этил­бо­ра­том — и как толь­ко по­тек­ший жид­кий кис­ло­род со­еди­нил­ся с вы­те­ка­ю­щим три­этил­бо­ра­том (или даже ке­ро­си­ном, плюс следы масла на каком-​нибудь со­еди­не­нии дали в кис­ло­ро­де вспыш­ку), про­изо­шел боль­шой бумс.

И ко­неч­но это толь­ко вер­сии. Что слу­чи­лось на самом деле мы можем во­об­ще не узнать.