Двигатель второй ступени - не работает
После наших с 7-40 обсуждений торможения становится совсем легко обсуждать работу двигателя второй ступени. Да и Пасечник подсказывает: типа работа двигателей второй ступени затормозит первую ступень сильнее.
А ведь в правду сильнее.
Сразу после отделения поток газов со скоростью 4 км/с набегает на торец первой ступени с плотностью газа 0.02 кг/м3. Ускорение даже при весе ступени 200 тонн составляет 160 м/с2 ~ 16g!
К моменту, когда расстояние между ступенями становится равным исходной длине ракеты 100 метров(это через 10 секунд) средняя плотность снижается на порядок, скорость газов тоже снижается, скажем, до 1000 м /с. Но ускорение торможения первой ступени все-равно остается довольно высоким 2 м/с.
Если бы это минимальное ускорение действовало с самого начала, первая ступень отстала бы как раз на 100 метров.
Реально же среднее действующее на указанных 100 метрах ускорение должно было быть ну хотя бы 10-30 м/с2. И отставание должно было составить что-то типа километра. Все расчеты можно провести достаточно точно. Но нужно ли? Все и так очевидно.
Теперь о том, а чем все-таки первая ступень тормозится. Какой-то импульс ей придало срабатывание торомозных двигателей при разделении, частично - за счет каких-то скачков уплотнения связанных с корпусом первой ступени после прохождения УВ от "взрыва". Но это торможение слабое. Почему?
А потому что головная часть ракеты, вынырнув из взрыва, сама стала создавать небольшой по мощности(ввиду хорошей обтекаемости) скачок уплотнения, прикрывающий первую ступень от атмосферы. Первая ступень на первой сотне метров отставания летела в несколько более разреженной среде, чем это соответствовало атмосферной плотности воздуха.
А дальше? А дальше - дальше первая ступень налетает на невидимую стенку. На расстоянии 100 метров за головной частью скачок уплотнения от нее настолько ослабевает, что атмосфера схлопывается перед носом первой ступени. И та в нее прямо лбом! Резкое торможение через 9 секунд после разделения вызывает отток остатков топлива в переднюю часть баков первой ступени. Пламя из двигателей - гаснет.
Можно произвести оценку. Наклон ракеты к горизонту 20 градусов. sin 20 = 0.34. Вот ускорение, превышающее 0.34g =3.4 м/с2 - и может вызвать отлив топлива. Но - медленный. А у нас отлив быстрый.
Т.е. нужны серьезные ускорения торможения. Масштаба хотя бы ускорения свободного падения
Первая ступень попала в новые условия. Начался переходной процесс в котором устанавливается новая динамика полета. По-новой формируются скачки уплотнения. Ракете приходится разгонять десятки килограммов атмосферных молекул в секунду до скорости 900 м/с. Разогревать их перед этим на 600-700 градусов. Коэффициент лобового сопротивления ВРЕМЕННО возрастает до безумной величины типа 100.
Но явление это временное.
Торможение тупой болванки, которой со скоростями 3 Маха летать не положено, будет быстро уменьшать ее скорость, а гораздо быстрее - мощность сопровождающей ее УВ. Ее площадь захвата. С установлением так называемого спутного воздушного потока достаточной мощности, разгон новых масс воздуха будет частично обеспечиваться за счет торможения разогнанных ранее, снижая энергозатраты первой ступени на формирование ударной волны в полном объеме.
Но для этого поток должен успеть набрать мощь. Мы же видим полет первой ступени всего 10 секунд после того, как она "напоролась на стенку".
В конечном итоге в результате формирования мощного спутного потока запасающего кинетическую энергию торомозящейся ступени - будет постепенно снижаться коэффициент лобового сопротивления - где-нибудь до законных(для этой тупой болванки) 1.1 - 1.3 при скоростях масштаба скорости звука и ниже.
Но начало тороможения происходит в условиях переходного процесса.
