Оригинал статьи

Это модель ракеты SpaceX Falcon Heavy в масштабе 1/48.

Ранний рендер модели

Все три блока модели оснащены бортовыми полетными компьютерами, системой развертывания парашюта и блоком управления вектором тяги. Верхняя ступень также управляется вектором тяги и оснащена спортивным автомобилем, напечатанным на 3D принтере - ни одна модель Falcon Heavy не будет полной без нее.

Модель Falcon Heavy является технологическим образцом для BPS.space. Цель состоит в том, чтобы по возможности продемонстрировать усовершенствования в уменьшенном масштабе.


Авионика

Бортовые полетные компьютеры слева направо: левый ускоритель, центральная ступень, правый ускоритель, верхняя ступень

Бортовые полетные компьютеры Falcon Heavy - это модернизированные версии компьютера Signal, разработанного и созданного специально для управления вектором тяги в моделях ракет. Каждый компьютер имеет набор гироскопов и акселерометров MEMS для измерения движения и ориентации на ракете, таких же датчиков, как в большинстве смартфонов. Датчик барометрического давления используется для определения высоты ракеты над уровнем земли.

Крошечный инерциальный измерительный блок (ИИБ) содержит 3 гироскопа и акселерометра.

На каждом полетном компьютере стоит 48 МГц процессор Cortex M0, который считывает летные датчики с частотой 400 Гц и записывает 31 канал данных на флэш-чип 40 раз в секунду. Каждую секунду, когда Falcon Heavy находится в воздухе, на борту записывается 4960 точек данных: данных никогда не бывает слишком много.

Бортовые компьютеры не связаны между собой во время полета, сенсоры и программное обеспечение точны настолько, что для коротких полетов большего не требуется. Параметры полета не являются строго заданными константами; в зависимости от режима полета  при необходимости их можно изменить с помощью приложения Signal для iOS / Android.

Каждый бортовой компьютер Signal весит всего 15 грамм.

Программное обеспечение для полета написано на C ++, приложение для iOS в Swift, а приложение для Android на Java. Навигация по полету рассчитана с использованием кватернионов, которые являются более эффективными в вычислительном отношении и используются для управления некоторыми космическими ракетами-носителями. Более подробную информацию о различных бортовых компьютерах BPS.space можно найти с помощью кнопки ниже. Вы также можете кликнуть здесь, чтобы посмотреть кадры тестирования оси Z Гироскопа.  

BPS.SPACE ПОЛЕТНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ


Механика

Разделение ступеней на 1/4 скорости‌‌

Точки крепления верхней части каждого бокового ускорителя скользят вниз по аппарелям центральной ступени, давая им небольшой зазор во время разделения ступеней. Эта пассивная установка очень упрощает процесс полета, однако обычно, пока аппарат на земле, блоки скрепляются болтами. Все три блока также соединены в основании модели, используя немного более простое крепление.

Разделение ступеней во время полета 1 модели Falcon Heavy

Боковые ускорители остаются прикрепленными к аппарату, поддерживая чистую силу тяги несколько мощнее, чем основная секция ( центральная и верхняя ступени). Как только самостоятельная тяга основной секции превышает тягу ускорителей, ступени разделяются. Для гибкости каждый ускоритель ​​также имеет слот для небольшого разделительного двигателя. Во время работы двигатель отделяет ускоритель под небольшим углом, чтобы обеспечить чистое отделение от центральной ступени. Эта настройка пока не так важна для запусков, но может пригодиться позже в будущем.

Центральный блок ​​модели Falcon Heavy проходит две фазы разгона во время полета. На первом этапе боковые ускорители прикреплены. Как только ускорители прекращают работу, включается двигатель центральной ступени, и начинается вторая фаза разгона. Эти два ракетных двигателя установлены друг над другом в двигательном отсеке центрального блока.  При этом вектор их тяги совпадает с основной осью ракеты.После включения второго двигателя, нижний израсходованный двигатель выбрасывается. Эта же техника используется для управления двигателями подъема и тяги в других ракетах BPS.space.

Управление модели Falcon Heavy‌‌

Ракетные двигатели на каждой ступени модели Falcon Heavy могут балансировать на ± 5 градусов в любом направлении. Поскольку оси боковых ускорителей не проходят непосредственно через центр масс аппарата, их можно использовать не только для смещения по оси координат, но и для управления креном. Каждый многоблочный полет выполняет программу крена, которая чаще всего поворачивается на угол 20 градусов положительного крена, выполняемого со скоростью 30-40 градусов в секунду.

Организованный хаос‌‌

Запуск модели Falcon Heavy требует некоторой предусмотрительности.  При зажигании двигателя центрального блока создается небольшой скачок тяги, после чего создаваемая сила тяги постепенно снижается. При взлете боковые ускорители должны иметь большую чистую тягу, чем центральный блок. Из-за этого за все время полета FH зажигание центрального блока происходит в момент T-1, в то время как аппарат все еще удерживается на площадке при помощи пусковых зажимов. В Т-0 запускаются ускорители, а в Т +0,25 птичку выпускают. Более подробная информация о стартовой площадке по ссылке ниже.

СТАРТОВАЯ ПЛОЩАДКА BPS.SPACE


Испытания

СТАТИЧЕСКИЙ ПРОЖИГ

В феврале 2018 года ракета Falcon Heavy была доставлена для статического прожига на стартовую площадку. Некоторые космические ракеты-носители прожигают двигатели в течение нескольких секунд на стартовой площадке, чтобы убедиться, что все работает должным образом до дня запуска. Цель этого статического прожига состоит в том, чтобы убедиться, что новая стартовая площадка работает правильно, и, откровенно говоря, получить несколько классных кадров для продвижения проекта.


ТЕСТОВЫЙ ПОЛЕТ ЦЕНТРАЛЬНОГО БЛОКА

Каждая отдельная ступень ракеты была испытана независимо перед первым полным запуском FH. Многие из этих ранних испытаний также служили в качестве испытательных стендов для набора векторов тяги Signal R2,  который еще находился в разработке. В первую очередь, ​​был проверен сам центральный блок. Чтобы полет прошел успешно, ступень дорабатывалась после каждой серии испытаний.


ТЕСТОВЫЙ ПОЛЕТ  УСКОРИТЕЛЯ

После нескольких дополнительных полетов центрального блока боковые ускорители были прикреплены для окончательного испытательного полета. В центральном блоке содержалась программная ошибка, которая вызывала нестабильность после разделения ступеней. Тем не менее, наиболее сложные части полета были успешно испытаны, включая стартовый момент зажигания, программу контроля крена и практически чистое разделение ступеней (правый ускоритель был поврежден центральным блоком на этапе разделения).


ИСПЫТАНИЯ ВЕРХНЕЙ СТУПЕНИ, ПОЛЕТ 1

Верхнюю  ступень, прежде чем ее прикрепить к центральному блоку, также отдельно протестировали. Первый тестовый полет прошел неудачно, еще раз доказав необходимость испытаний! Полет не удался по нескольким причинам, в основном из-за нестабильности и тюнинга аппарата. Неудачный запуск и анализ подробно обсуждаются здесь.


ИСПЫТАНИЯ ВЕРХНЕЙ СТУПЕНИ, ПОЛЕТ 2

Второй испытательный полет прошел с частичным успехом - стабильность значительно улучшилась как с увеличением коэффициентов усиления ПИД, так и частоты выборки ПИД. Также были внесены несколько других  изменений.Тем не менее, парашют (и спортивный автомобиль) по-прежнему не удалось задействовать, и обнаружился еще один недостаток. Обтекатель не отделялся должным образом, поэтому потребовался  дополнительные раунд испытаний на отделение обтекателя.


ИСПЫТАНИЯ ОТДЕЛЕНИЯ ОБТЕКАТЕЛЯ

в заключительных испытаниях перед первым запуском собранной модели Falcon Heavy тесты на отделение обтекателя служили для того, чтобы обеспечить безопасное возвращение верхней ступени после полета. В процессе было сделано несколько небольших изменений в конструкции обтекателя, и в результате испытаний была получена гораздо более надежная система восстановления.


Запуск 1

Запуск 1, вид с воздуха

Запуск 1 модели Falcon Heavy был частично успешен. Усложненная последовательность зажигания работала как положено, позволяя центральному блоку немного гореть на пусковой площадке. Первый этап запуска был картинно идеальным. Оба боковых ускорителя достигли цели программы крена, развернувшись до +20 градусов со скоростью 40 градусов в секунду, начиная с T + 0,9 секунды. Аппарат оставался стабильным во время первой фазы наддува. После чистого разделения обоих  ускорителей центральный блок потерял контроль.

Структурный отказ в креплении двигателя центрального блока вызванный перегревом привел к потере управления вектором тяги. Почувствовав потерю контроля, бортовой компьютер верхней ступени прервал полет, разрывая обтекатель, чтобы развернуть свой парашют. Когда ракета начала падать, центральный блок развернул верхнюю ступень и свои собственные парашюты и благополучно спустил обе ступени на землю. К этому моменту оба боковых ускорителя мягко достигли земли под своими парашютами. Состояние ракеты отличное благодаря системе прерывания полета.