为什么星舰超重助推器使用不折叠的栅格鳍?

太空探索技术公司(SpaceX)的星舰超重助推器栅格鳍(Starship Superheavy Booster Grid Fins)是助推器回收的关键部分。
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超重助推器不折叠的栅格鳍
这种永久打开、不折叠收拢的栅格鳍与猎鹰9(Falcon 9)火箭相比有很大不同。让我们来看看它们是如何工作的,以及为什么它们一直保持伸展?
1、不等距排布的栅格鳍
与猎鹰9号上4个鳍等距布局不同,超重的4个栅格鳍以120-60-120-60度的位置排列。
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超重助推器不等距的栅格鳍
埃隆.马斯克(Elon Musk)此前在星舰基地(Starbase)现场,接受著名太空媒体人“每日航天员(Everyday Astronaut)”蒂姆·多德(Tim Dodd)的一次现场采访时曾表示,这种布局是为了增加俯仰控制能力,对超重助推回收来说是最佳的。
2、鳍不折叠的原因
栅格鳍可以自由旋转,但不能向下折叠。无折叠系统可以减少系统复杂度,从而降低可能引入的潜在故障模式。这种设计是马斯克工程哲学的一种体现。
超重助推器可以旋转但不能折叠的栅格鳍CGI
3、构型
如果垂直观察,可以看到栅格鳍的格栅翅片真的很薄。在飞行的某些过程中,可能会产生并非最佳的阻力,但 SpaceX 认为这种设计利大于弊。
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超重助推器的栅格鳍很薄
到目前为止,已经有2种格栅翅片设计。第一种在 B4上 首次亮相,它是一种 4x4 的栅格。B7 引入了一种新的设计,采用了更紧凑的 6x6 格栅。与猎鹰9号上从单个钛块上切割的不同,这两个都是由焊接钢制成的,极大的提高了生产效率、降低了成本。
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超重助推器栅格鳍的2种构型
4、驱动机构
在助推器的上圆顶上,4个电动机总成和4个枢轴点布局在L形结构上。SpaceX 会在助推器环堆叠到托架时安装该机构。
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超重助推器上连接并驱动栅格鳍的结构
在了解栅格鳍的实际运动方式之前,让我们先看看驱动系统本身。其中部有一个大的枢轴点,还有一个较小的连接点,它们被连接到电机。
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超重助推器上连接并驱动栅格鳍的结构及与驱动马达的集成
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超重助推器外部栅格鳍枢轴连接位置
格栅鳍连接到驱动点,枢轴点连接到驱动器中的插槽,弯曲部件将电机组件连接到鳍把。这样就可以自由地控制栅格鳍了。
超重助推器栅格鳍驱动CGI
这些鳍在超重助推器B7上,已经对各种可能的工况进行了测试,这有点类似于测试星舰飞船上的襟翼。
超重助推器栅格鳍扭转试验
在即将到来的第一次轨道试验飞行中,希望能看到B7在实际工况下使用这些栅格鳍控制自己的姿态,并使B7朝着目标溅落区降落飞行。