Falcon 9 TVC: Quais motores participam do controle de rotação?
O estágio 1 do Falcon 9 usa seus motores suspensos durante o lançamento para controlar o roll, pitch e yaw.
Apenas os oito motores periféricos podem ser usados para controle de rotação, já que o motor central não poderia exercer um torque contrário significativo sobre o eixo de comprimento do foguete.
Mas oito motores parecem um exagero para o controle de rolagem ... Todos eles participam do controle de rolagem ou é apenas um subconjunto dos oito que o fazem?
Parece que quatro motores seriam suficientes, ou talvez apenas dois (em pares de motores diametralmente opostos).
Fontes seriam apreciadas, mas se você não as tiver em mãos, um comentário me apontando na direção certa ainda serviria.
Ficaria curioso também se todos os motores participam do controle de pitch e yaw, ou se, novamente, apenas alguns deles o fazem. Obrigado!!!
Respostas
Como diz Jörg W Mittag , não sabemos. Mas, uma vez que eles podem balançar todos os motores, eu ficaria surpreso se não o fizessem.
Girar um pouco todos os motores, ao contrário de girar muito apenas alguns deles, tem (pelo menos) as seguintes vantagens:
Geralmente maximiza a folga entre os sinos do motor adjacentes , uma vez que você está girando todos os motores na mesma proporção, aproximadamente na mesma direção. Especialmente para controle de rotação, se você apenas balançasse alguns dos motores externos, os sinos daqueles que você fez seriam empurrados para mais perto dos sinos dos motores adjacentes sem balanceamento.
Ele minimiza as perdas de cosseno : quando você inclina um motor com$F$ Newtons de impulso por um ângulo $\alpha$, seu impulso para frente cai para $F \cos(\alpha)$ Newtons, mas você ganha $F \sin(\alpha)$Newtons de impulso lateral em troca. Para ângulos pequenos,$\sin(\alpha) \approx \alpha$ (em radianos), enquanto $\cos(\alpha) \approx 1 - \frac12 \alpha^2$. Assim, para obter alguma quantidade desejada de empuxo lateral total, é melhor inclinar mais motores em uma quantidade menor, uma vez que o empuxo lateral de cada motor escala linearmente com o ângulo do cardan, mas a perda de empuxo para frente é quadraticamente.
(Claro, o que você realmente quer é uma quantidade desejada de torque lateral e, para isso, a localização do motor também importa. Em geral, se você tem motores em distâncias diferentes do eixo de rotação desejado, como no antigo Falcon 9 v1.0 configuração do motor, você vai querer girar mais os motores externos, pois eles fornecem mais torque por impulso. Mas com o arranjo "Octaweb" usado pela SpaceX desde o Falcon 9 v1.1 , todos os motores externos estão na mesma distância do eixo de rotação. E para inclinação e guinada, todos os motores estão aproximadamente à mesma distância do eixo de qualquer maneira, estando todos localizados na extremidade traseira do foguete.)
Ao manter os motores adjacentes apontando aproximadamente na mesma direção, ele também evita que as plumas desses motores colidam umas com as outras. Honestamente, não tenho ideia se isso importa na prática, mas tal impacto pode potencialmente ter algum efeito negativo na aerodinâmica da embarcação e / ou gerenciamento de calor, criando turbulência indesejada e / ou variações de pressão na pluma combinada dos motores.
Em geral, a única razão pela qual você pode não querer usar todos os seus motores para controle de atitude é se você não pode , por exemplo, porque você prefere economizar em massa e / ou custo tornando apenas alguns de seus motores capazes de girar , ou restringindo-os a apenas gimbal ao longo de um eixo. Mas todos os motores Merlin do AFAIK no Falcon 9 têm controle de gimbal de dois eixos, todos podem ser usados para todas as manobras de atitude (exceto, obviamente, que o motor central não pode exercer nenhum torque de rotação), então não há realmente nenhuma razão para não usaria todos eles.
Nós não sabemos.
O que fazer saber é que o Falcon 9 tem capacidade de motor-out que significa que você não pode escolher um fixo configuração de antemão, você tem que ser capaz de se adaptar à perda de qualquer uma das 9 motores.
Fora isso, tudo é possível.
Também sabemos que a SpaceX está constantemente melhorando e mudando, então o que é verdade hoje não é necessariamente verdade amanhã e não foi necessariamente verdade ontem. É muito bem possível que a resposta seja "todas as opções acima, em algum momento, em alguma versão do software de vôo".