НА ГЛАВНУЮ

ПЕПЕЛАЦЫ меняют цвет. Разоблачение Delta-4

Я с детства страдал обманом зрения. Моя болезнь особо обострилась 22 декабря 2004 года, когда я смотрел теле трансляцию запуска новейшей «тяжелой» ракеты  Delta-4.

Симптомы болезни были следующие: я не мог понять, почему чистый водород в чистом кислороде горел мутным маслянисто-желтым цветом. Этот характерный цвет факела не спутать ни с чем: так обычно горит попутный газ, газовый бензин и конденсат, ну еще иногда так горят иракские нефтепроводы. Я хорошо помню многочисленные видео кадры старта Space Shuttle - там водород в двигателях SSME горел явно голубоватым факелом. Не желтым точно…

Дело в том, что «тяжелая» Дельта-4 целиком кислородно-водородная ракета. Это изделие является выдающимся скачком в деле ПЕПЕЛАЦе-строения. Боковые ускорители и центральная ступень имеют идентичные «водородные» двигатели RS-68. Разгонная ступень оснащена модификацией старого доброго Pratt & Whitney RL10B-2, который в разных вариантах летает на одной единственной водородной ступени «Центавр», которую уже затерли до дыр.

Меня усиленно пытались лечить разного рода оппоненты. Самый продвинутый из них предположил сразу три версии - водород, конечно, имеет бледно-голубой факел горения, но он может казаться желтым по трем причинам:

1)      факел только вблизи голубой, а вот если отойти подальше – то тогда он желтый;

2)      факел настолько яркий, что издали кажется желтым, хотя конечно он голубой;

3)      факел настолько горячий (1300К) что его цвет определяется тепловым излучением по функции Планка, и поэтому он желтый.

Версии были одна лучше другой, но моя болезнь зрения упорно сопротивлялась. На первый аргумент злобные бациллы нашептывали мне на ухо, что старты Шаттла тоже не вблизи снимают, и факелы там именно голубые. На вторую версию вирус цветовой аберрации мне деликатно сообщил, что суммарная  яркость того же Шаттла побольше будет. Ну а третье снадобье против моей болезни вызвало просто таки настоящий приступ: мои руки сами полезли в шкаф, извлекли оттуда Физический Энциклопедический словарь, а глаза нарочно нашли статью «Колориметрия». Где рухнула моя последняя надежда на излечение: оказалось, что при Т=1100…1300К абсолютно черное тело имеет цветовой тон соответствующий спектральной полосе примерно 600…610нм – красноватые переливы.

Цвет источника света можно выразить с помощью двух цветовых координат - x,y. На рисунке изображен цветовой треугольник в системе координат МКО. Поскольку монитор компьютера (как и телевизор) не может передать все цвета на этом треугольнике, то некоторые цвета выглядят неверно. Например, точка (0.3, 0.33) примерно соответствует белому цвету, точка (0.2, 0.15) - синему и т.д.

На границе фигуры изображены цвета, соответствующие длинам волн - чистым тонам. 

Если дорогой читатель у тебя есть компьютерный монитор (я в это верю), то цветовой тон «красного» у кинескопа – это 620нм. (для справки: видимый свет лежит в диапазоне 400…760нм)

Три Space Shuttle и Ариан-5. Как видите, ничего подобного раньше не наблюдалось...

И вот – помощь пришла, откуда не ждали! Сразу после праздников, 7 января 2005 года, источник http://www.spaceflightnow.com/ разместил статью, посвященную расследованию причин «успешного» запуска этой самой тяжелой Дельты.

Про статью потом, а сейчас главное – на фото факелы дельты были уже красноватого разлива! Ну слава Богу! Лед тронулся! Еще не похоже на Space Shuttle, но уже не желтое...  То ли мои критики позвонили в Боинг и забили тревогу, или что еще, но кто-то хорошо поработал в «Adobe Photoshop». Хотя я хорошо помню, что на видеозаписи факелы были все-таки желтые. Но это уже другая болезнь – склероз. И его лечат совсем по-другому… Например, надо еще кому-то поработать в «Adobe Premiere». Подредактировать видео. Вообще, надо отдать должное сайту http://www.spaceflightnow.com - там есть фото на любой вкус:

Хотите красный факел	А хотите - даже розовый...

Правда, два вышеприведенных снимка являются ретушированной подделкой. Дело в том, что при анализе снимков в "Adobe Photoshop" у "красного" снимка уровни R, G, B строго дозированы и носят характер трех узких полос. У "розового" непрерывный характер распределения уровней обрезан на определенных уровнях - выше заданного предела кривая резко падает вниз до нуля. В отличие от этих двух, у "желтого" снимка распределение уровней по интенсивности носит непрерывный характер от нуля до максимума без разрывов.

Подробный разбор первого полета Delta-4H состоявшегося 21.12.2004г 

А теперь собственно вернемся к нашим баранам. То бишь к расследованию «успешного» запуска Delta-4. Все желающие могут прочитать отчет на англоязычном источнике http://www.spaceflightnow.com/ . Я остановлюсь лишь на ключевых моментах и прокомментирую.

Полетное задание дельты включало два пункта: 1) вывести на низкую орбиту ИСЗ два малых спутника и 2) вывести макет спутника весом 6т на близкую к ГСО орбиту с параметрами – высота 36400 км (круговая) и наклонение 10 градусов. 

Однако в результате достигли следующего: два малых спутника были выведены на орбиту высотой всего 91км, основная полезная нагрузка была выведена на орбиту – апогей 36400км, перигей – 19000км, наклонение – 13,5 градусов.

В результате расследования установлено следующее: по не установленной причине, датчик уровня топлива первой ступени, за 8 секунд до окончания штатного времени работы ступени, показал нулевой уровень топлива в баке. Естественно, тут же включилась необратимая процедура останова двигателей первой ступени. Но уже через мгновение датчик топлива показал нормальный уровень топлива в баке! Однако было поздно…

На второй ступени этот феномен опять повторился: за 9 секунд до окончания штатного времени работы второй ступени, датчик показал – топливный бак пуст! Компьютер дал необратимую команду на останов двигателя второй ступени. Но уже через мгновение датчик показал нормальный уровень топлива в баке! Но было опять поздно…

Все это привело к недобору скорости на 457м/с. Третья (разгонная) ступень пыталась, как могла, вытянуть полет. Однако первое включение разгонного блока закончилось на высоте всего 91км. Только после третьего включения и полной выработки топлива (суммарная отработка 1115 секунд) был выведен на кривую эллиптическую орбиту макет спутника весом 6 тонн. По результатам разбора полетов создана комиссия по расследованию.

Впрочем, интересно другое. Боковые ускорители и центральная ступень имеют идентичные «водородные» двигатели RS-68. Характеристики пресловутого ЖРД RS-68 таковы: тяга 3312кН в вакууме при удельном импульсе 407,5сек (вакуум). У земли меньше – тяга 2949кН. Давление в камере сгорания 95атм.

И вот, желая похвастаться «фантастическими» данными новейшей и тяжелейшей Дельты, в вышеназванной статье ляпнули следующее. «The starboard and port boosters continued to operate at their maximum power setting of 102 percent thrust, each guzzling a ton of propellant per second».

Давайте разберемся. Ракета состоит из трех одинаковых «карандашей»-блоков, на каждом из которых по одному двигателю RS-68. Итого их три. Каждый потребляет тонну топлива при максимальной тяге, равной 102% от номинала. Хорошо. На том же сайте пишут и такое: «Getting to space all begins with 1.9 million pounds of rumbling thrust blasting the Delta 4-Heavy rocket ever so slowly off the ground» Для не владеющих английским языком перевожу: тяга трех двигателей Дельты на взлете – 1,9 миллиона фунт-сил. Это 8451кН по нормальному. Или 2817кН на каждый двигатель. (Уже нестыковка - а где же 2949кН -???) 

Теперь решим несложную задачку:

Дано – некий двигатель на взлете потребляет одну тонну топлива в секунду, и развивает тягу 2817кН. 

Найти – удельный импульс двигателя.

Решаем: удельный импульс I=F/dm или по-русски – надо тягу поделить на расход топлива.

Получаем: 2817000Н/1000кг/сек=2817кН*сек/кг или 2817м/с. Или в других единицах 2817/9,8=287,5сек.

Ух! Странный какой-то результат: получается, что удельный импульс у Земли всего 287,5сек??? И это у водородного двигателя??? Тут керосином попахивает… Боинг приводит такие штатные параметры для двигателя RS-68 – тяга у земли 650 тысяч фунт-сил или 2891кН; тяга в вакууме 745 тысяч фунт-сил или 3314кН. Это значит, что в вакууме удельный импульс должен вырасти в 1,1463 раза. Предположим, что оно сохранилось в реальном полете. Тогда получается, что реально в вакууме 1,1463*287,5(сек) = 329,5(сек). А где же вышеобъявленные 407,5сек???

Вот я и думаю, дорогой читатель – что это за такой интересный двигатель (мы не знаем на чем он работает), но из текста статьи выходит, что у земли удельный импульс 287,5сек а в вакууме 329,5сек. И к тому же факел у него того же цвета, что и горящие иракские нефтепроводы…

Правда, злые языки утверждают, что Боинг-Рокетдайн сейчас разрабатывает некий двигатель RS-84. Он работает на керосине и кислороде, имеет удельный импульс 324сек в вакууме. Правда тяга у него должна быть побольше – 5026кН или 512,9т. Идейно он идет в русле РД-180 купленного по лицензии для ракеты Атлас-5. 

Еще на сайте Vehicle Components со ссылкой на Боинг даны такие данные по Дельте-4:

Вот и замечательно! Сказано, что в каждом Common Booster Core (CBC) или "карандаше" всего залито 199,6т. Если предположить, что двигатели имеют удельные импульсы у земли и в вакууме согласно таблице - 357сек и 409сек при тяге 299т и 341т соответственно, то расход топлива должен быть в районе 833кг/сек. Прекрасно!

Тот же http://www.spaceflightnow.com  приводит такие данные: двигатели первой ступени работают в режиме 102% тяги в течение ~235сек а потом в режиме 58% в течение 10сек. Допустим. Тогда всего расходуется 1,02*235*833+0,58*10*833=204,5т.

А вот это уже смешно, ведь сам же Боинг указывает, что топлива заливается в каждый "карандаш" всего 199,6т. И из них еще в конце обычно 1-2% остается... Короче вечный двигатель - сожгли в двигателе больше, чем заправили! Видимо секретный отдел Боинга решил нас окончательно запутать и навсегда скрыть тайну Дельты-4.

P.S.

Уважаемые товарищи НАСовцы, Боинговцы и др. братья по разуму! Убедительно вас прошу: внимательно следите за текстами ваших публикаций, тщательно проверяйте данные по расходу топлива, тяге и времени. Как ни крути, а ваши данные не стыкуются одно с другим...

Аркадий Велюров

НА ГЛАВНУЮ