Как и многие интересующиеся и не интересующиеся космонавтикой, я с нетерпением ждал первого испытательного полета Фалькона-Хэви - новой ракеты сверхтяжелого класса от компании Илона Маска. Взлетит или не взлетит. Если не взлетит, то разнесет стартовый стол или нет. В любом случае шоу обещало быть весьма красочным. В последний день произошла задержка старта на 1,5 часа, что еще подогрело итак немалый интерес к событию.
И вот последние предстартовые секунды и ракета понеслась в высь. Красочное зрелище! Полутора тысячетонная громадина взмыла вверх с ускорением на стартовом столе 3,5 — 3,8 м/с2. Через 153 секунды после старта на высоте 59 километров были сброшены боковые разгонные блоки, а еще через 40 секунд на высоте уже 89 километров— центральный блок первой ступени. На двухсотой секунде полета был запущен двигатель второй ступени и ракета уверенно продолжила набирать скорость, приближаясь к заветной первой космической скорости. В этот момент ракета находилась на высоте 97 километров и ее скорость составляла 2648 м/с. На 515 секунде полета на высоте 179 километров ракета достигла 1-ой космической скорости 7390 м/с (относительно вращающейся Земли) и вышла на низкую околоземную орбиту (НОО). Двигатель 2-ой ступени был выключен и ракета понеслась по инерции вокруг Земли.
В качестве полезной нагрузки использовался автомобиль массой 1,8 тонны. Кроме него на НОО должно было быть выведено изрядное количество топлива для последующего старта авто в направлении к Марсу. Возникает вопрос, а какую реальную массу Фалькон-Хэви вывел на НОО? СМИ, захлебываясь соплями от восторга, говорят, что Хэви способна вывести на НОО 62 тонны. А на самом деле, сколько тонн попало на НОО, кроме 1,8 тонны авто?
Попробуем рассчитать. Все исходные данные у на для этого есть из опубликованного видео. Чего нет возьмем из Вики, величину удельного импульса двигателя — 342 секунды и массы — 98,37 тонны 2-ой ступени и массы авто -1,8 тонны.
Исходя из формулы Циолковского легко получить отношение начальной М1 и конечной массы М2 ракеты:
М1/М2 = ЕХР((V + g * t * cos Г) / Iуд / g ,
где V — приращение скорости ракеты, м/с;
g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с2;
t — прошедшее время, с;
Г — угол между вертикалью и курсом ракеты.
Подставляя в формулу значения V = 7390 — 2648 = 4742 м/с; t = 515 — 200 = 315 с; Г = 60 градусов; М1 = 98,37 + 1,8 = 100,17 тонны,
получаем М2 = 15,4 тонны.
Чтобы получить массу полезной нагрузки, выведенной на НОО, следует из М2 вычесть массу пустой 2-ой ступени 3,9 тонны. Получаем 15,4 - 3,9 = 11,5 тонн.
Этот результат 11,5 тонн груза, выведенного на НОО и является той каплей дегтя в бочку меда феерического красочного зрелища полета ракеты Фалькон-Хэви.
Обычный Фалькон — 9 способен выводить на НОО 13,15 тонны полезной нагрузки, а почти в 3 раза более тяжелый Хэви вывел меньше - всего 11,5 тонн. Ракета-носитель «Протон» способна выводить на НОО 23 тонны груза. При этом ее никто не называет ракетой сверх-тяжелого класса и никаких восторженных соплей не происходит при очередном пуске «Протона».
Будем надеяться, что это результат только первого испытательного полета ракеты Фалькон-Хэви и в дальнейшем она, действительно, сможет вывести на орбиту заявленные 64 тонны груза.
А, пока осадок остался.
Хотя, способ утилизации ненужных автомобилей марки Тесла-Родстер путем их запуска к Марсу или поясу астероидов, не может не вызывать восхищения.
Дороговато, правда, но очень оригинально!
P.S.
Используя ту же формулу Циолковского, можно рассчитать массу полезной нагрузки, которую может вывести с НОО к Марсу ракета массой 15,4 тонны и удельным импульсом 342 секунды. Гравитационными потерями здесь можно пренебречь, поскольку ускорение происходит по касательной к орбите.
1-ая космическая скорость = 7800 м/с, 2-ая космическая скорость 11200 м/с. Набор скорости 11200-7800=3400 м/с. Исходя из М1 = 15400 кг, получаем М2 = 5600 кг.
Чтобы получить массу полезной нагрузки, из М2 следует вычесть массу пустой 2-ой ступени, равную 3900 кг. Итого, получаем 5700 - 3900 = 1700 кг.
А это, как раз, и есть приблизительно масса автомобиля Тесла Родстер - 1800 кг!
Все сошлось!
Таким образом, Фалькон-Хэви вывел на низкую околоземную орбиту 15,4 тонны, ровно столько сколько требуется для запуска к Марсу автомобиля Тесла-Родстер.
Поскольку в эти 15,4 тонны включена масса пустой 2-ой ступени 3,9 тонны, то полезная нагрузка, выведенная Фальконом-Хэви, на низкую околоземную орбиту составляла всего-лишь 11,5 тонн - что меньше того, что может вывести на орбиту Фалькон-9 - почти в 3 раза меньшая ракета без боковых разгонных блоков.
Боковые разгонные блоки не передавали никакого усилия ракете-носителю, а просто летели рядом. Чистой воды бутафория! Это имитация настоящих испытаний, поскольку когда боковые разгонные блоки начнут работать по-настоящему, они создадут в конструкции ракеты-носителя совсем другой уровень вибраций, который может привести к разрушению всей конструкции.