Capsula Riutilizzabile [Progetto SARA]

Dai disegni che vedo questa non è una struttura sfera cono, assomiglia più alla biconica o ad un incrocio tra biconica e tradizionale... una sfera cono è questa qua sotto (sonda galileo)



Sfera cono significa che lo scudo termico occupa un terzo della superficie e la parte conica, quella che contiene il carico utile, i due terzi

Inoltre non ho ben capito a cosa servono quelle superfici a ventaglio sui lati della capsula? sono quelli i pannelli? O forse non mi è chiaro qualcosa?

Ultima domanda.. larghezza 6 metri? cavolo come Antares Dragon è sui 3,7 metri, non è un po sovradimensionata?

Altro esempio di sfera cono di dimensioni ridotte:

Matt44 ha scritto:

Non ho scelto ancora il propellente, avevate parlato di ipergolici, se mi date qualche consiglio sarà ben accettato

Gli ipergolici sono ancora il combustibile di elezione per i veicoli orbitali: occupano poco spazio, sono storabili indefinitamente (no problemi di boil-off), bruciano al semplice contatto e quindi richiedono motori molto semplici e relativamente economici. Controindicazione: l'elevata tossicità.
Per il futuro ci si sta invece orientando verso il LOX/LCH4 (ossigeno-metano), ma attualmente è ancora una tecnologia di nicchia e comunque più complessa e costosa, ma più performante: su Antares la adoperiamo per la versione a lungo raggio.
Secondo me entrambe le opzioni sono interessanti. Si tenga presente che se scegli il metano, i serbatoi devono essere più grandi (perché è meno denso). Quindi io credo che la scelta del propellente vada fatta in base alle caratteristiche di performances e allo spazio a disposizione sul veicolo.

Citazione :

Le dimensioni attuali non sono ancora completamente definite, tranne la larghezza che dovrebbe essere di poco inferiore ai 6 metri, come la precedente capsula. L'altezza doveva essere intorno ai 4 metri, ma è un dato vecchio in quanto ho inserito lo scudo per il rientro sulla punta e la zona strumentazione sul retro.

Quindi è una capsula molto grande. Pensavo fosse più piccola! Direi anzi che visto l'allungamento della punta, risulta quasi più grande di Antares! Con che vettore intendi lanciarlo? Neptune comincia ad essere inadeguato vista la notevole larghezza del veicolo.
Qui bisogna comunque capirci su cosa fare: se si fa un veicolo biconico che "scivola sul fianco" al rientro, la forma allungata va bene, ma se invece si fa una capsula che scende di punta, credo che vada appiattita altrimenti aerodinamicamente non è molto stabile. Perlomeno tutte le capsule "sfera cono" che ho visto sono più larghe che alte.

Citazione :

Il peso a qualche giorno fa è calcolato in 4805 Kg a vuoto, più 1720 Kg di carburante stipati in 8 serbatoi, nel calcolo devo inserire lo scudo e la strumentazione e i motori. Dovrò sicuramente rifare questi conti in quanto devo fare ancora un pò di modifiche.
Ho fatto due conti sul carico utile basandomi su Dragon (capsula su cui mi baserò principalmente): alla partenza si parla di 5300 Kg e al rientro 2600 Kg. Il volume interno pressurizzato dovrebbe essere tra gli 8 e i 10 m3.

4800 kg per una capsula così grande sono pochi. Tieni conto che Orion che è larga 5 metri e molto più bassa della tua capsula, pesa quasi il doppio. Antares (circa le stesse dimensioni della tua capsula) supera le 12 tonnellate. Però sono capsule manned quindi il dato potrebbe essere fuorviante. Un migliore riferimento potrebbe essere il nuovo modulo di rientro del Verrazzano per il quale, facendo un po' di proporzioni, avevamo calcolato un peso a vuoto tra le 8 e le 9 tonnellate se ben ricordo. Oppure fare una proporzione secca con Dragon.

Citazione :

Per ultimo i pannelli solari: oltre all'energia che serve alla navetta, SARA deve gestire anche l'energia per i carichi scientifici. Di conseguenza i pannelli sono belli grossi, quindi come la precedente capsula sono 4 gruppi di 4 pannelli a doppia faccia, per un totale di 103 m2.

Ora una domanda: come posso calcolare o ipotizzare l'energia che possono accumulare i pannelli?

Non saprei con certezza... però secondo me li puoi ridurre: sempre con riferimento a Orion, sappiamo che ha pannelli per una superficie totale di circa 40 m2, con una produzione di 6000 watts e deve gestire un equipaggio fino a quattro o sei persone. Antares ha una superficie di pannelli di 77 m2 (sulle due facce).

Andrew ha scritto:

... Secondo, non so se questa configurazione consenta rientri non balistici, quindi ho paura delle accelerazioni in gioco. ...

Non dimentichiamoci che l'autore (Matt) la ha definita come capsula unmanned ...

Eccomi

Parto rispondendo alle varie domande e affermazioni che scostano la nebbia che ancora ho intorno all'idea finale.

Fausto:
Allora, sfera-cono e biconica, quando ne avete parlato io mi sono fissato sulla biconica, non c'è molto da dire il mio cervello non vuole recepire la definizione di sfera-cono è per questo che ho seguito quel disegno.
Per lo scudo termico: la dimensione non era definitiva, pensavo di espanderlo, poi comunque non c'è ancora la texture che può coprire più superficie
I "ventagli": sono fisicamente dei sostegni che hanno più funzioni. Durante la fase di lancio e rientro sono chiusi e coprono i pannelli solari più un piccolo vano di carico non pressurizzato, una volta aperti oltre a scoprire ciò che ho descritto, servono come sostegni per l'antenna e per i radiatori.
Dimensioni: le dimensioni reali sono di 5,40m, ma sto già lavorando ad una riduzione e dovrebbe arrivate a 4 metri circa. Più che altro avevo fatto l'errore di non mettere fisicamente i serbatoi e non avevo notato quanto spazio libero mi rimaneva.

Andrew:
Combustibile: Ipergolico, ho visto che mi ero già salvato un documento riguardante questi combustibili. Non userò il metano resterò sullo standard.
Dimensione e peso: La dimensione come ho detto nelle risposte sopra sono riuscito a farla diminuire, per l'altezza avevo fatto un'errore aumentando la dimensione interna mi aveva sballato tutto, ho rettificato e dovrebbe arrivare a circa 4,50 metri. Devo tornare comunque a lavorare sullo scudo per modificarlo in modo da deviare il calore meglio di come potrebbe fare ora. Il peso lo ricalcolerò le nuove dimensioni finali più che altro proprio in base al lanciatore che dovrà portarlo...
Lanciatore: Devo crearlo, ho fatto un pò di conti per vedere fino a dove potevo arrivare con il Peregrin, o per lo meno con la tecnologia che lo porta in orbita. Sono riuscito ad arrivare fino a 13 tonnellate circa sfruttando motori molto vicini a quelli originali creati dalla Lockheed Martin, l'obbiettivo è anche quello di creare un lanciatore totalmente dedicato.
Pannelli solari: ho modificato l'idea che avrà anche un'apertura più semplice, non ho ancora idea della dimensione, ma li progetterò più piccoli


Per finire: sto ridimensionando la capsula, sperimenterò le varie possibilità biconica/sfera cono e vediamo cosa mi salta fuori.

MI EDITO:
Ho riprogettato la copertura, mantenendo solo la parte interna, mentre lo facevo sono riuscito a "vedere" la forma che può avere la struttura sfera/cono di cui parlavate direttamente sulla struttura che ho costruito. Quindi ora proverò ad unire le idee per tirare fuori quello che voglio

Piccoli progetti cres.... si ridimensionano

Tra una cosa e l'altra ho rimesso mano al più vecchio e modificato progetto che ho in cantiere, ho eseguito tante modifiche ed ho tolto la porta docking, riportandola ancora più vicina al progetto iniziale, quindi una capsula autonoma per il trasporto di esperimenti scientifici in orbita.

Ora è una capsula vera e propria con i suoi piccoli propulsori, quattro pannelli per il mantenimento dei sistemi.

Le dimensioni sono di 2,40m di altezza e 3,09m di larghezza, molto più piccola della precedente. Il peso è di 1170kg a vuoto, i serbatoi contengono 595kg di propellente, può portare 490kg di materiale scientifico.

La parte interna della capsula può essere pressurizzato o no, a seconda degli esperimenti che devono essere messi in orbita.



La parte superiore, la calottina dello scudo si può estendere permettendo l'esposizione del payload al vuoto spaziale.

Mi sembra una scelta saggia! Nel dubbio semplifica!
Inoltre mi pare che sia anche piú saggio in termini di costi perchè svolge una funzione specifica senza la possibilitá di agganciarsi a stazioni spazia
li che puó essere espletata da molti altri mezzi!

Osservazione: la parte ablativa è quella a sfera quindi devi capovolgere ugelli e pannelli!

Ho seguito il disegno della sonda galileo, la parte dello scudo on è la parte a cono? Quella dorata...?

No é quella nera semisferica! il cono protegge gli strumenti scientifici

Io avevo riprogettato tutto seguendo l'idea del rientro ribaltato come avevo scritto quando avevo deciso di seguire il suggerimento che mi avevate dato un pò di tempo fa

Matt44 ha scritto:

La proposta è ribaltare l'orientamento di rientro, quindi rientrando in atmosfera con la parte più stretta del tronco di cono. Ovviamente questo comporta l'aggiunta di uno "scudo" sopra la porta docking. Ci sto lavorando per trovare il miglior modo per costruirla, appena avrò trovato il miglior compromesso ve lo mostrerò.

Forse non avevo capito cosa intendevate?

Fausto ha scritto:

No é quella nera semisferica! il cono protegge gli strumenti scientifici

No Fausto, nella capsula della Galileo lo scudo termico è proprio la parte conica con rivestimento dorato:

Cavolo ma allora ho proprio detto una boiata stavolta.. scusate mi ero lasciato ingannare dalla superficie dorata che di solito ricopre parti vitali delle sonde..

Anche i migliori si sbagliano

Adesso la dico io la boiata, ma leggendo mi sembra che lo scudo dorato non sia ablativo, non ricordo il tipo

Lo scudo della Galileo è senz'altro ablativo, perché durante la discesa perde... per ablazione circa metà del suo peso e del suo spessore! La temperatura raggiunta da questo scudo è la più alta mai sperimentata da un veicolo spaziale: oltre 12.000 gradi! Nessun materiale potrebbe resistere a tale temperatura senza consumarsi. Non a caso la discesa nell'atmosfera di Giove è considerata ancora oggi la più difficile mai tentata.

Matt44 ha scritto:

Piccoli progetti cres.... si ridimensionano

Tra una cosa e l'altra ho rimesso mano al più vecchio e modificato progetto che ho in cantiere, ho eseguito tante modifiche ed ho tolto la porta docking, riportandola ancora più vicina al progetto iniziale, quindi una capsula autonoma per il trasporto di esperimenti scientifici in orbita.

Ora è una capsula vera e propria con i suoi piccoli propulsori, quattro pannelli per il mantenimento dei sistemi.

Le dimensioni sono di 2,40m di altezza e 3,09m di larghezza, molto più piccola della precedente. Il peso è di 1170kg a vuoto, i serbatoi contengono 595kg di propellente, può portare 490kg di materiale scientifico.

La parte interna della capsula può essere pressurizzato o no, a seconda degli esperimenti che devono essere messi in orbita.



La parte superiore, la calottina dello scudo si può estendere permettendo l'esposizione del payload al vuoto spaziale.

Comunque, presupponendo quindi che lo scudo termico sia quello a punta ( ), rispondo anche a Matt dicendo che questa nuova versione mi piace ancor più delle precedenti! A che serviva un mezzo grande e grosso quando abbiamo già nella flotta veicoli automatici come Verrazzano (presto anche operativo in versione Reentry), che possono fare lo stesso lavoro. Meglio avere un veicolo piccolo e versatile come questo, per piccoli esperimenti e voli autonomi!! Si, mi piace e molto.
Un paio di osservazioni: primo, se la configurazione è questa, il veicolo scende a "di punta", giusto? Capovolto, diciamo. Quindi non puoi usare i motori come retrorazzi per atterraggio morbido, come (mi sembra) fosse tua intenzione. Secondo: se atterra "di punta", come fai a impedire con Spacecraft il brutto effetto di vedere la mesh appoggiata a terra in equilibrio sulla punta? Io per ovviare alla cosa lo doterei di un airbag che faccia anche da appoggio, usabile sia su terraferma sia per lo splashdown.

Mi fa piacere che piaccia, era effettivamente questa la versione che volevo creare, a livello di operatività, solo che essendo il primo progetto è rimasto abbastanza confuso in quanto ci mettevo ogni cosa nuova che imparavo. Ora sembra essere arrivato alla versione finale.
Probabilmente dopo questa versione ne preparerò una seconda che possa connettersi alle stazioni, ma date le dimensioni è complicato metterci una porta docking... ci penserò, per ora ho accantonato l'idea.

Andrew ha scritto:

Un paio di osservazioni: primo, se la configurazione è questa, il veicolo scende a "di punta", giusto? Capovolto, diciamo. Quindi non puoi usare i motori come retrorazzi per atterraggio morbido, come (mi sembra) fosse tua intenzione.
Secondo: se atterra "di punta", come fai a impedire con Spacecraft il brutto effetto di vedere la mesh appoggiata a terra in equilibrio sulla punta? Io per ovviare alla cosa lo doterei di un airbag che faccia anche da appoggio, usabile sia su terraferma sia per lo splashdown.

Due osservazioni ma sempre sullo stesso punto, rispondo insieme
Si, scende di punta e non usa i retrorazzi. Avevo pensato di far capovolgere la capsula ad un certo punto della discesa per usare i motori, potrebbe essere un'ottima cosa perchè data l'aerodinamica frenerebbe maggiormente, ma nei test che ho fatto mi risultava complicata come manovra Quindi niente frenata finale con i motori. Sono tornato al paracadute che avevo già testato precedentemente e funzionava bene.
Per l'effetto a terra, ho varie idee che volevo provare sfruttando la definizione dei punti di appoggio che si definiscono in spacecraft, ho due idee che devo provare:
- La prima, che è utilizzabile solo per lo splashdown. L'idea è quella di definire i punti all'interno della navetta all'incirca a metà del cono, così che una volta a terra la navetta si posizionerebbe come nell'immagine ma con metà della mesh che va ad intersecarsi con la superficie del pianeta. Atterrando in acqua l'effetto sarebbe quello di apparire mezza sommersa, essendo vuota all'interno la capsula galleggerebbe senza problemi e la posizione sarebbe pure logica (la punta rivolta in su) in quanto la parte sommersa è sempre più grande di quella emersa. E' un tentativo, però se funziona può essere carino l'effetto.
- Seconda possibilità, utilizzabile solo con atterraggio a terra. Una volta dimensionato bene il paracadute, che consenta quindi un pesante rallentamento sotto gli 11m/s, sfruttando sempre i punti di appoggio si potrebbero definire tutti su un lato. L'effetto sarebbe quello naturale di un simile oggetto, cioè quello di posarsi su un lato una volta a terra.

In questo momento pensavo che se riesco a farli entrambi potrei creare due file di configurazione; uno per lo splashdown e uno per quello a terra, se non riesco penserò all'airbag

Mi piace la soluzione dell'appoggio su un fianco nel caso di un touchdown! Interessante anche quella per lo splashdown. I problemi che vedo sono due:

Primo, c'è il pericolo che, una volta "in mare" anche la parte del cono che si presuppone sia "sott'acqua" seguiti a vedersi, a causa delle limitazioni del motore grafico di Orbiter (no so come la cosa possa apparire sotto client esterno). Me ne sono accorto portando in Orbiter la mia nave da battaglia: avendo sbagliato i punti d'appoggio, risultava "sott'acqua", ma si vedeva comunque. Inoltre, in questo caso, le ombre risultavano un po' strane e sbagliate (praticamente venivano proiettate dalla parte sbagliata). Quindi dal punto di vista grafico è una soluzione rischiosa.
Secondo problema è che puoi usare un solo config alla volta, quindi se vai in mare con la capsula settata per la terraferma o viceversa, ottieni un effetto sbagliato.

Io forse unirei i due concetti e cioè: un solo config con la capsula settata per poggiarsi lungo un fianco, ma con anche un airbag che faccia da galleggiatne. In questo modo sei coperto in tutti i casi. Del resto le Gemini galleggiavano appoggiate su un lato!

Interessante idea la tua del lato con airbag, ci provo

In questi giorni mi è partito l'embolo del C++, ho conoscenze nella programmazione, ma ovviamente il mio limite è quello tecnico.
Sto provando a creare la mia prima DLL, e ovviamente SARA è la vittima designata da quando ho cominciato a creare addon...

Come ho visto nei tutorial in giro, ho smanettato inizialmente sui sample e sullo shuttle PB, però si fa sempre riferimento a navi o aerei... SARA è una capsula... esiste qualcosa in giro che possa darmi una dritta per fare delle prove in quella direzione? Al momento sto lavorando in parallelo con Spacecraft per ricreare una DLL con gli stessi parametri del file Config, ma non riesco ad avere gli stessi risultati.

Consigli?

Il C++ è complicato. All'inizio è arabo.
Per capirci qualcosa è necessario apprendere com'è la struttura (funzioni, puntatori, variabili eccetera)

Una volta avevo fatto un video di introduzione su OLM ma il server me l'ha cancellato a causa della poche visualizzazioni.. Potrei perdere una mezz'oretta e fare un video commentato da caricare su Youtube che illustri i fondamentali.

Tu a che punto sei? Hai già scaricato il compilatore VS 2010 Express (è gratuito)?

Ho già tutto e sto smanettando da qualche giorno.
Io conosco C# è leggermente diverso ma la logica è la stessa, quello che mi manca sono i soliti concetti aerospaziali che con spacecraft erano più facili da gestire.

Beh se hai voglia e tempo di fare qualcosa del genere te ne sarei grato

Cosa non riesci a fare esattamente?

Ho iniziato a studiare il codice e fare piccole prove venerdì, come prima cosa volevo vedere di definire il mezzo in modo che al rientro atmosferico si posizionasse in modo da eseguire il rientro parabolico, in modo che con il diminuire della velocità la punta della capsula (SARA rientra di punta) si inclinasse fino ad arrivare a puntare il terreno, o comunque accennasse un movimento tanto per farmi capire che la capsula si comportava come tale

Quello che invece accade è (il file di partenza è lo Shuttle PB) che la capsula mantiene la sua posizione, dopo averla posizionata in prograde dopo il deorbit burn, rimane in quella posizione.

Metto sotto immagine fatta al volo...

Per prima cosa devi inserire una aerodinamica da capsula.. in realtà si tratta di una sfera cono ma cerchiamo di non complicarci la vita

Di seguito ti metto le impostazioni aerodinamiche che ho settate per antares, le devi sostituire a quelle già esistenti:

Codice:

void VLiftCoeff (double aoa, double M, double Re, double *cl, double *cm, double *cd)
{
static const double step = RAD*50.0;
static const double istep = 1.0/step;
static const int nabsc = 13;
// Angle of attack -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180
// static const double CL[nabsc] = { 0, -0.12, -0.1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.1, 0.12, 0};
// static const double CM[nabsc] = { 0, 0.0002, 0.0004, 0.0004, 0.0003, 0.0002, 0, -0.0002,-0.0003,-0.0004,-0.0004,-0.0002, 0};
static const double CL[nabsc] = { 0, -0.12, -0.1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.1, 0.12, 0};
static const double CM[nabsc] = { 0, -0.0002,-0.0004, -0.0004,-0.0003,-0.0002, 0, 0.0002, 0.0003, 0.0004, 0.0004,0.0002, 0};
// lift and moment coefficients from -180 to 180 in 30 degree steps.
aoa += PI;
int idx = max (0, min (11, (int)(aoa*istep)));
double d = aoa*istep - idx;
*cl = CL[idx] + (CL[idx+1]-CL[idx])*d;
*cm = ( CM[idx] + (CM[idx+1]-CM[idx])*d ) / 10;
*cd = 0.25 + oapiGetInducedDrag (*cl, 1.27, 0.3);
}
// 2. horizontal lift component (vertical stabiliser and body)
void HLiftCoeff (double beta, double M, double Re, double *cl, double *cm, double *cd)
{
static const double step = RAD*30;
static const double istep = 1.0/step;
static const int nabsc = 13;
static const double CL[nabsc] = { 0, -0.1, -0.1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.1, 0.1, 0};
beta += PI;
int idx = max (0, min (11, (int)(beta*istep)));
double d = beta*istep - idx;
*cl = CL[idx] + (CL[idx+1]-CL[idx])*d;
*cm = 0.0;
*cd = 0.25 + oapiGetInducedDrag (*cl, 1.27, 0.3);
}

Poi devi attivare le impostazioni qui:

Codice:

void ShuttlePB::clbkSetClassCaps (FILEHANDLE cfg)
{.......
........
CreateAirfoil (LIFT_VERTICAL, _V(0, 0.01,0.1), VLiftCoeff, 5.5, 0, 1.27);
CreateAirfoil (LIFT_HORIZONTAL, _V(0, 0, 0.01), HLiftCoeff, 5.5, 0, 1.27);
..........
.........
}

Vedi cosa succede....

Fausto ha scritto:

Per prima cosa devi inserire una aerodinamica da capsula.. in realtà si tratta di una sfera cono ma cerchiamo di non complicarci la vita

Grazie! L'importate per me è metterlo sulla "strada" giusta, poi lo sistemo epr farlo funzionare bene

Ora provo e poi ti dico!

Ci ho lavorato un pò e sono giunto a dei risultati:

Dopo le prime prove già ho visto un cambiamento, infatti la capsula si ribaltava nel rientro mostrando la parte "sferica" che di solito è coperta dallo scudo. Ho fatto un paio di prove con i dati e poi mi sono messo a cercare di capire i vari parametri, dopo un pò di lavoro ho pensato che il problema del ribaltamento fosse dovuto alla forma della capsula che è, come hai detto una sfera-cono. Quindi ho provato ad aggiungere un parametro che giustamente in una capsula standard è a zero: "Wing Area" cioè l'area del profilo alare, fisicamente lo scudo termico standard è un muro che rallenta la nave, nel mio caso invece entro in atmosfera con una punta (il cono) quindi è un profilo aerodinamico che ha un'area che crea "portanza".

Quindi da ignorante in materia ho provato a creare il numero mancante e il risultato è stato un rientro in atmosfera quasi perfetto.

Per ora sono soddisfatto, dovrò lavorarci ancora un pò, ma per iniziare mi sembra un buon risultato.