Starship et la rentrée atmosphérique

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Bonjour,

Je commence à me questionner sur le design du Starship concernant la ré-entrée atmosphérique.

Une part importante de la masse du vaisseau est dédié au contrôle aérodynamique et thermique :

- "Ailes" mobiles à l'arrière pour les corrections de trajectoire en phase de ré-entrée servant aussi de pieds d'atterrissage. 
- Dérive fixe servant également de pieds d'atterrissage.
- Ailerons mobiles à l'avant pour les correction de trajectoire en phase de ré-entrée.
- Choix de l'acier inoxydable (plus lourd que la fibre de carbone) pour augmenter la réflectivité thermique du vaisseau et faire office de bouclier thermique.
- Extrême criticité des éléments mobiles, si une panne survient au moment de la ré-entrée, le vaisseau se déséquilibre et les conséquences seraient les mêmes que pour Columbia... Par conséquent ils devront être fortement renforcés et donc très lourds.

Pourquoi ne pas procéder comme sur le premier étage de la Falcon 9? 
J'ai bien conscience que l'énergie en jeu entre un vol suborbital de booster de Falcon 9 et une ré-entrée a la seconde vitesse cosmique n'est plus du tout du même ordre de grandeur mais le principe fonctionne. J'imagine donc ceci :

Un bâti moteur avec un bouclier thermique
Un reentry burn avec un ou plusieurs moteurs pour créer un bouclier de gaz autour du vaisseau et limiter l'échauffement, ou dans la même idée que le bouclier "transpirant" du design actuel, des jets de méthane liquide au niveau des moteurs pour créer une sorte de "bulle" froide 
Des grids fins mobiles comme sur le Superheavy renforcés pour créer un maximum de traîné et permettre un contrôle d'attitude.

Pourquoi aussi ne pas imaginer aussi des pieds faisant office de bouclier thermique, ils se déploient encore plus bas avant la ré-entrée, jusqu’à créer une sorte de pointe en dessous des moteurs pour les protéger (l'ensemble aurait alors l'allure d'une flèche, les grids fins faisant office de plume et les pieds de pointe) et qui remonterai juste avant l’atterrissage pour le landing burn

Bref, je trouve que le design actuel est trop accès sur l'aérodynamique avec toutes les contraintes que cela engendre. Les "ailes" et "ailerons" sont de gros poids morts qui n'ont d'utilité que pendant un bref moment au cours de la mission.

[mod]Titre modifié
Wakka[/mod]
Merlin
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Merci Merlin d’avoir ce sujet dont dépend l’avenir du Starship.
D’accord actuellement on ne peut qu’émettre des suppositions en attendant d’avoir confirmation ou non ; mais cela permet de confronter nos idées.
Intéressant cette idée d’injecter du méthane dans les tuyères des moteurs -fusées pour créer un bouclier frontal surtout que sa décomposition sera endothermique . Toutefois il faut pouvoir l’expulser sous une pression suffisante en face de l’onde de choc et pour ça les pompes doivent fonctionner.
Il pourrait être nécessaire d’injecter aussi un peu de LOx pour une combustion non stœchiométrique avec excès de méthane pour permettre le fonctionnement des pompes...donc un compromis à trouver !
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Pourquoi ce titre de ré-entrée atmosphérique? Est-ce une mauvaise traduction de l'anglais (re-entry)? Starship et la rentrée atmosphérique (ou la rentrée dans l'atmosphère) suffit largement.
Lunarjojo
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@Lunarjojo a écrit:Pourquoi ce titre de ré-entrée atmosphérique? Est-ce une mauvaise traduction de l'anglais (re-entry)?

C'est tout a fait ça ;)
Merlin
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@Merlin a écrit:
@Lunarjojo a écrit:Pourquoi ce titre de ré-entrée atmosphérique? Est-ce une mauvaise traduction de l'anglais (re-entry)?

C'est tout a fait ça ;)
Une phase aussi critique dans mon enfance, c’était , après les trois mois de vacances d’été  (hérités de Jules Ferry du temps où la majorité des français était paysanne et les travaux des champs demandaient de la main d’œuvre)  , la ré-entrée... Non ...non...la rentrée scolaire !  LOL
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ré-entrée, rentrée... J'ai dû grandir avec cet anglicisme dans un coin de ma tête...
Au delà de choquer certaines sensibilités francophiles (ce que je comprends tout à fait), 
ce n'était pas le propos de mon intervention et je serais ravi de lire vos réflexions sur le sujet de la rentrée atmosphérique du Vaisseaudesétoiles :) ;)
Merlin
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Mais non , Merlin , on n’est plus choqué 😯...à l’époque actuelle où les publicitaires trouvent de bon goût d’angliciser à peu près tout pour faire smart...on est mithridatisé LOL
Bon, pour Starship on ne va pas franciser en Vaisseau des Étoiles ✨...quoique, Merlin , ce serait enchanteur  ;)
Bien, revenons à notre sujet : la rentrée atmosphérique du Starship, ça risque d’être hot....oh, pardon....chaud :hot: !
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Giwa
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Qui aurait une idée du Cx du Starship ? Je suppose qu'il faut tenir compte de la forme cylindrique, de la surface présentée par le cylindre, de la surface des ailerons (flaps) et de celle du du cône (nez) de la fusée. J'aimerais pouvoir calculer la résistance  de pénétration dans l'air du Starship afin de calculer précisément (presque) sa vitesse de chute libre lors de ses essais de vol sur le ventre.
La vitesse que j'ai calculé, 443 m/s, sans tenir compte de la résistance de l'air me paraît trop élevée par rapport au temps réel de sa chute entre son "apogée" et le rallumage du raptor pour son redressement et l'atterrissage.
Merci pour votre aide.
constantin
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@constantin a écrit:Qui aurait une idée du Cx du Starship ? Je suppose qu'il faut tenir compte de la forme cylindrique, de la surface présentée par le cylindre, de la surface des ailerons (flaps) et de celle du du cône (nez) de la fusée. J'aimerais pouvoir calculer la résistance  de pénétration dans l'air du Starship afin de calculer précisément (presque) sa vitesse de chute libre lors de ses essais de vol sur le ventre.
La vitesse que j'ai calculé, 443 m/s, sans tenir compte de la résistance de l'air me paraît trop élevée par rapport au temps réel de sa chute entre son "apogée" et le rallumage du raptor pour son redressement et l'atterrissage.
Merci pour votre aide.
Every day astronaut parlait d'une vitesse terminale sur le ventre de 75 m/s environ si ça peut t'aider FB_clinoeil
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@Merlin a écrit:
- "Ailes" mobiles à l'arrière pour les corrections de trajectoire en phase de ré-entrée servant aussi de pieds d'atterrissage. 

C'était le plan initial, de le faire à la "Tintin", mais ça a été abandonné l'idée de se servir des ailes arrières pour se poser non ?
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Starship et la rentrée atmosphérique Empty à la "Tintin"

Message Ven 12 Mar 2021 - 16:26


Oui l'idée avait été abandonnée mais elle à l'air de revenir à grands pas, si j'ose dire, sous plusieurs versions. Personnellement je trouvais que les pattes d'atterrissage était bien courtes ne permettant pas aux gaz sortant des tuyères d'être évacués rapidement afin de ne pas revenir dans les moteurs. De plus des pattes plus larges augmenteraient leur résistance mécanique et la stabilité de la fusée au sol.

D'un autre côté je cherche des cours concernant le dimensionnement d'une fusée, le calcul de la puissance d'un moteur ou du groupe de moteurs d'un premier étage en fonction de la mission de la charge utile et de la masse initiale estimée du lanceur.

A vous lire sur le forum.
constantin
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Starship et la rentrée atmosphérique Empty Protection thermique avec des tuiles

Message Mer 11 Aoû 2021 - 10:54


Le Starship se recouvrant de tuiles (afin de créer une barrière thermique* pour la rentrée atmosphérique), il parait utile de nourrir ce Fil avec des infos sur leur fabrication, technique de pose et problèmes rencontrés.
* Thermal Protection System (TPS)


Message dupliqué :

Cette installation Heat Shield Tile Factory est surnommée "The bakery" (boulangerie) ..... rapport à la cuisson qui doit intervenir dans le processus.
Elle est installée dans un ancien bâtiment de la NASA (pour le Shuttle) : the old "NASA NSLD Shuttle building" soit  NSLD : NASA Shuttle Logistics Depot

des infos dans ce forum :
https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=48412.msg2274108

Notamment ceci (datant de 2020 pour une inspection de contrôle) ... donc cela a du évoluer depuis

The facility employs approximately 20 people and has been operating at this location since 2019. Operating
hours are 24 hours a day, seven days a week working three shifts. Brevard County provides potable water and
sanitary sewer services. The property is owned by Cape Canaveral Joint Venture, 516 Delannoy Ave., Cocoa, Florida 32922.

INSPECTION HISTORY
The facility has never been inspected by the Department for compliance with state and federal hazardous waste
regulations.

Process Description:
An opening conference was held to discuss the purpose of the inspection, and processes performed and wastes
generated at the facility.
The facility operates in a 40,000 square-foot unit of the building to manufacture heat-shield tiles for Space
Exploration Technologies Corp's Starship vehicle. Current facility operations are performing process
improvements of the tiles. Production of the final tiles is slated for end of year 2020.

Processes at the facility include:
- Slurry Mix-casting billets, one billet will make two tiles;
- Cast-sintering billets;
- Machining-create tiles from billet and shape tiles into desired form;
- Coatings-apply two coatings to tiles;
- Kiln-dry tiles;
- Water proofing-drive out water from tiles and apply a coating; and
- Hardware-final assembly of tile.

INSPECTION NARRATIVE
The inspection began in Casting. Purified silicon is added to a tank where a slurry is made. When the slurry is
at the proper consistency it is distributed to the casting molds to create the billet. A vacuum is applied to the
case to remove excess water. The water is reused to make slurry.

A kiln is used to dry the billet. After drying, the billet is split in two pieces thereby creating the rudimentary tiles.
The tiles are shaped to the desired form using a router. A shop vacuum is used to clean up silicone from the
router. In this area were satellite accumulation areas: one for a 30-gallon drum of hazardous waste isopropyl
alcohol (IPA) solids, one for a 55-gallon drum of hazardous waste aerosol cans, and one for a 55-gallon drum of
hazardous waste two-part epoxy. The drums were properly labeled "Hazardous Waste" and were closed. None
of the containers were marked with the hazards of the contents [40 CFR 262.15(a)(5)(ii)]. Also in the area was a
55-gallon drum of non-hazardous waste petroleum contact solids.

Emergency equipment noted in the area included a spill kit and eye wash station.

A coating is manufactured and applied to the tiles. An automated machine applies the coating. The final coating
that will be applied to the tiles is still undergoing development. In this area were satellite accumulation areas:
one for a 55-gallon drum of hazardous waste paint liquids and another for a 55-gallon drum of hazardous waste
paint solids. The drums were properly labeled "Hazardous Waste", marked with the hazards of the contents,
and were closed. The wastes are generated from maintenance of the coating equipment. Also in the area was
a 55-gallon drum of non-hazardous waste petroleum contact solids and a 30-gallon drum of non-hazardous
waste frit and water. The petroleum contact solids are an oily debris waste generated from equipment
maintenance. The frit and water are generated from drying slurry.

In the water proofing process, a mixture of methyl-trimethoxy silane (MTMS) and acetic acid is applied to seal
the tiles.

Traduction par Google Translator :

L'installation emploie environ 20 personnes et est exploitée à cet endroit depuis 2019.
les heures sont de 24 heures par jour, sept jours par semaine en travaillant en 3 x 8. Le comté de Brevard fournit de l'eau potable et
services d'égout sanitaire. La propriété appartient à Cape Canaveral Joint Venture, 516 Delannoy Ave., Cocoa, Florida 32922.

HISTORIQUE D'INSPECTION
L'installation n'a jamais été inspectée par le ministère pour la conformité avec les déchets dangereux de l'État et du gouvernement fédéral
règlements.

Description du processus:
Une conférence d'ouverture a été organisée pour discuter de l'objectif de l'inspection, des processus exécutés et des déchets
générés dans l'installation.
L'installation fonctionne dans une unité de 40 000 pieds carrés du bâtiment pour fabriquer des carreaux de protection thermique pour l'espace
Le vaisseau spatial d'Exploration Technologies Corp. Les opérations actuelles de l'installation exécutent le processus
améliorations des carreaux. La production des tuiles définitives est prévue pour la fin de l'année 2020.

Les processus de l'installation comprennent :
-Billets de coulée de mélange en suspension, une billette fera deux tuiles ;
- Billettes coulées-frittées;
- Usinage-créer des carreaux à partir de billettes et façonner des carreaux dans la forme souhaitée ;
- Revêtements - appliquer deux revêtements sur les carreaux ;
- Tuiles séchées au four;
- Imperméabilisation - chasser l'eau des carreaux et appliquer un enduit ; et
- Quincaillerie-assemblage final de la tuile.

RÉCIT DE L'INSPECTION
L'inspection a commencé à Casting. Du silicium purifié est ajouté à un réservoir où une suspension est fabriquée. Lorsque la boue est
à la bonne consistance, il est distribué dans les moules de coulée pour créer la billette. Un vide est appliqué au
cas pour enlever l'excès d'eau. L'eau est réutilisée pour faire du lisier.

Un four est utilisé pour sécher la billette. Après séchage, la billette est divisée en deux morceaux créant ainsi les tuiles rudimentaires.
Les carreaux sont façonnés à la forme souhaitée à l'aide d'une toupie. Un aspirateur d'atelier est utilisé pour nettoyer le silicone du
routeur. Dans cette zone se trouvaient des zones d'accumulation satellite : une pour un baril de 30 gallons d'isopropyle de déchets dangereux
solides d'alcool (IPA), un pour un baril de 55 gallons de bombes aérosol pour déchets dangereux et un pour un baril de 55 gallons de
époxy en deux parties pour déchets dangereux. Les fûts étaient correctement étiquetés « Déchets dangereux » et étaient fermés. Rien
des conteneurs étaient marqués des dangers du contenu [40 CFR 262.15(a)(5)(ii)]. Également dans la région se trouvait un
Tambour de 55 gallons de déchets solides non dangereux en contact avec le pétrole.

L'équipement d'urgence signalé dans la zone comprenait une trousse de déversement et une station de lavage des yeux.

Un revêtement est fabriqué et appliqué sur les carreaux. Une machine automatisée applique le revêtement. Le revêtement final
qui sera appliqué sur les tuiles est encore en cours de développement. Dans cette zone se trouvaient des zones d'accumulation de satellites :
un pour un baril de 55 gallons de déchets dangereux liquides de peinture et un autre pour un baril de 55 gallons de déchets dangereux
solides de peinture. Les fûts étaient correctement étiquetés « Déchets dangereux », marqués des dangers du contenu,
et ont été fermés. Les déchets sont générés par l'entretien de l'équipement de revêtement. Également dans la région était
un fût de 55 gallons de déchets solides non dangereux de contact avec le pétrole et un fût de 30 gallons de matières non dangereuses
déchets fritte et eau. Les solides en contact avec le pétrole sont des déchets de débris huileux générés par l'équipement
maintenance. La fritte et l'eau sont générées par le séchage de la suspension.

Dans le processus d'imperméabilisation, un mélange de méthyl-triméthoxy silane (MTMS) et d'acide acétique est appliqué pour sceller
les tuiles.
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Pour coller à l'actualité, des infos sur le codage couleur des tuiles qui recouvrent le SN20 qui devrait décoller propulsé par le booster B4
Les scotchs de couleur indiquant les "anomalies" repérées.

Message dupliqué De @Nostromo

@Nostromo a écrit:Starship et la rentrée atmosphérique Index.php?action=dlattach;topic=52398

Rouge : pétée
vert : mal alignée


Le système le plus critique du ship n'est clairement pas au point. Va falloir modérer votre enthousiasme.
montmein69
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Bonjour MERLIN

l'énergie à dissiper dans le cadre d'une rentré atmosphérique suite à une mise en orbite impose un bouclier thermique, il n'y a pas d'autre choix car une rentrée en utilisant des ergols aboutie à une charge utile nul !!

Ensuite pour avoir une précision suffisante pour l'atterrissage les aillerons semblent indispensables les grilles mobiles ne donnent pas suffisamment de latitude. car la rentrée atmosphérique est par nature très imprécise il peut même y avoir des phénomène de rebond sur les hautes couches de l'atmosphère !

Ce qui n'est pas du tout le cas du booster qui lui rentre dans les hautes couches de l'atmosphère à vitesse faible, puisqu'il est au point haut d'inversion de sa phase balistique, la conception des 2 est donc nécessairement très différente. 

AMHA ils ont tourné le sujet dans tous les sens et le résultat optimal c'est starship tel qu'on le voit aujourd'hui.
....


Dernière édition par philippe26 le Mer 11 Aoû 2021 - 23:21, édité 1 fois
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@philippe26 a écrit:Bonjour MERLIN

l'énergie à dissiper dans le cadre d'une rentré atmosphérique suite à une mise en orbite impose un bouclier thermique, il n'y a pas d'autre choix car une rentrée en utilisant des ergols aboutie à une charge utile nul !!

Ensuite pour avoir une précision suffisante pour l'atterrissage les aillerons semblent indispensables les grilles mobiles ne donnent pas suffisamment de latitude. car la rentrée atmosphérique est par nature très imprécise il peut même y avoir des phénomène de rebond sur les hautes couches de l'atmosphère !

Ce qui n'est pas du tout le cas du booster qui lui rentre dans les hautes couches de l'atmosphère à vitesse nul !!! puisqu'il est au point haut d'inversion de sa phase balistique, la conception des 2 est donc nécessairement très différente. 

AMHA ils ont tourné le sujet dans tous les sens et le résultat optimal c'est starship tel qu'on le voit aujourd'hui.
....
Le booster n'a pas toujours une vitesse nulle, elle est de l'ordre de 6000 km/h pour le premier étage de la Falcon9 par exemple (quand il va se poser sur une barge). Par contre, quand il revient se poser sur Terre, là oui, il va beaucoup moins vite.
fredB
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