Kuidas raketid maale tagasi jõuavad? Hämmastav tehnika

Ookean on raketi surnuaed. Ookeanipõhja risustavad tuhandete põlenud raketite, satelliitide ja süstikute praht. Rakettide taaskasutamine tähendab vähem jäätmeid, vähem kulusid ja võimalust sihtkohast palju lihtsamalt tagasi tulla.

Kosmoselaevade maandumist ja hõlpsasti uuesti õhkutõusmist näeme filmides tuhat korda. Nüüd näeme seda ka reaalses elus. SpaceX on nüüd edukalt käivitanud ja lasknud maale rohkem kui 50 raketti alates nende proovimise alustamisest 2015. aastal.

Niisiis, kuidas suudavad raketid Maale tagasi maanduda? See artikkel hõlmab uskumatut tehnoloogiat, mis on korduvkasutatavate rakettide taga.

Rakettide maandumise väljakutsed

Rakettide maandumisel on mitmeid väljakutseid, isegi kui need on ainult osaliselt korduvkasutatavad.

• Kütus: Maa atmosfäärist pääsemiseks peab rakett lööma uskumatu 17 500 miili tunnis, muidu tuntud kui põgenemiskiirus. Selleks on vaja kolossaalset kütust. Kütus on tavaliselt uskumatult kallis vedel hapnik. Raketi edukaks maandumiseks on vaja kütust varuks.
instagram viewer
• Termiline kaitse: Tõelise korduvkasutamise tagamiseks peab kogu rakett olema varustatud termilise kaitsega, mis jääb tavaliselt ainult selle osa jaoks, mis langeb tagasi Maale. See hoiab ära raketi osade kahjustamise või hävimise Maa atmosfääri uuesti sisenemisel. See kehtib ka raketid Marsile.
• Telik: Rakett nõuab ka telikut. See peab olema võimalikult kerge, säilitades samal ajal massiivse raketi toetamiseks vajaliku tugevuse (Falcon 9, üks SpaceXi rakette, kaalub 550 tonni).
• Kaal: Mida raskem on kosmoselaev, seda rohkem kütust on vaja ja seda raskem on uuesti siseneda. Tühjad kütusepaagid lisavad raketile tõmmet ja kaalu, mistõttu kütusepaagid lastakse tavaliselt maha ja lastakse atmosfääris põletada. Lisaks lisavad termokaitse ja telik märkimisväärset kaalu.

Nagu me mainisime, SpaceX on selle uskumatu saavutusega hakkama saanud nüüd mitu korda. Mis on siis hämmastav tehnoloogia korduvkasutatavate rakettide taga?

3D printimine

3D printimine on revolutsioonilisi tööstusharusid kogu maailmas, eriti rakettide taga. Tegelikult on mõned raketid nüüd peaaegu täielikult 3D -trükitud.

3D -printimise üks eelis on see, et insenerid suudavad toota vähem osi. Trükitud osad võivad olla palju keerukamad ega vaja iga osa jaoks kalleid ja ainulaadseid tootmisvahendeid. See vähendab rakettide ehitamise kulusid ja suurendab tootmisprotsessi tõhusust.

3D -printimise kütusepaagid tähendavad, et te ei vaja metalli õmblusi - see on tüüpiline nõrk koht, mis võib põhjustada probleeme rakettidega. 3D -printimise teine ​​suur eelis on võimalus toota optilisi osi kergetest materjalidest, vähendades raketite üldkaalu.

Retropropulsioon ja juhendamine

Raketi maandumiseks peab retrograadne tõukejõud olema suurem kui raketi kaal. Samuti peab see olema vektoriseeritud, mis tähendab, et tõukejõud on suunatud ja seda saab kasutada raketi laskumise stabiliseerimiseks.

Retropropulsioon raketi stabiliseerimiseks peab sellel olema väga täpne teave raketi asukoha, kõrguse ja nurga kohta. Selleks on vaja kõrgtehnoloogilisi süsteeme, mis pakuvad täpseid ja reaalajas mõõtmisi ning tõukejõule otsest tagasisidet. Neid nimetatakse reaktsiooni juhtimissüsteemideks (RCS).

Reaktsiooni juhtimissüsteemid

RCS pakub väikseid tõukeid mitmes suunas, et kontrollida raketi kõrgust ja pöörlemist. Võtke arvesse asjaolu, et pöörlemine võib hõlmata veeremist, kaldenurka ja pöördumist ning et RCS peab neid kõiki samaaegselt ära hoidma, kontrollides samal ajal ka raketi laskumist.

RCS kasutab mitmeid tõukejõusid, mis on paigutatud raketi ümber optimaalsesse konfiguratsiooni. Tõukejõu peamine väljakutse on kütuse säästmise tagamine.

Üks näide on SpaceXi Merlini raketisüsteem. See on kümnest eraldi mootorist koosnev komplekt, mida juhib kolmekordne üleliigne juhtimissüsteem. Kõigil kümnel mootoril on töötlusseade ja iga töötlemisüksus kasutab kolme arvutit, mis jälgivad üksteist pidevalt, et vähendada vigade tõenäosust järsult.

Merlini mootor kasutab raketikütustena RP-1 (kõrgelt rafineeritud petrooleum) ja vedelat hapnikku. Mootori uusim versioon võib gaasi (kontrollides, kui palju see kasutab) kuni 39% -ni maksimaalsest tõukejõust, mis on hädavajalik raketi maandumisel kõrgetasemeliseks juhtimiseks.

Võre uimed

Võreuime kasutatakse korduvkasutatavate rakettide, näiteks Falcon 9, juhtimiseks nende maandumisasendisse. 50ndatel leiutatud võrguuime on kasutatud mitmes raketis.

Võreuimed on kartulimasinate välimusega, mis raketist risti nurga all välja torkavad. Neid kasutatakse seetõttu, et need võimaldavad kõrgel tasemel kontrollida raketilendu hüper- ja ülehelikiirusel. Seevastu traditsioonilised tiivad põhjustavad lööklaineid ja suurendavad takistust nende palju suuremate kiiruste korral.

Kuna võreuimed lasevad õhuvoolu läbi uime enda, on sellel palju väiksem takistus, samal ajal kui raketti saab pöörata või stabiliseerida, pöörates või uppudes nagu tiiba, kuid tõhusamalt.

Teine põhjus, miks võrgutrahvid on kasutusel, on see, et korduvkasutatavate rakettidega lendavad nad maandudes tehniliselt tagurpidi. See tähendab, et raketi esi- ja tagaotsad peavad olema üsna sarnased, et neid saaks mõlemas suunas juhtida.

Telik

Ilmselgelt vajab korduvkasutatav rakett mingit maandumisseadet. Need peavad olema piisavalt kerged, et mitte oluliselt suurendada lendamiseks ja uuesti sisenemiseks vajalikku kütuse hulka, aga ka piisavalt tugevad, et hoida raketi kaalu.

Praegu kasutavad SpaceX raketid 4 maandumisjalga, mis on lennu ajal raketi keha vastu kokku volditud. Seejärel volditakse need enne maandumist gravitatsiooni abil kokku.

Kuid Elon Musk teatas jaanuaris 2021, et SpaceXi kõigi aegade suurima raketi, Super Heavy Boosteri, eesmärk on raketi tabamine starditorni käe abil. See vähendab raketi kaalu, kuna see ei vaja enam maandumisjalu.

Starditornis maandumine tähendab ka seda, et raketti ei pea uuesti kasutamiseks transportima. Selle asemel tuleb see lihtsalt paigaldada ja toita, kus see on.

See pole veel kõik

Raketid on juba aastakümneid õhku tõusnud ja kosmosesse lennanud, kuid nende turvaline taaskasutamiseks Maale naasmine on nõudnud palju tehnoloogilisi läbimurdeid.

Me ei suutnud katta kogu hämmastavat tehnoloogiat, mida kasutatakse raketites, mis võivad Maale tagasi maanduda, kuid loodame, et õppisite sellest artiklist midagi uut! Kosmoselennutehnoloogia laieneb kiiresti ja on põnev mõelda, mis võib mõne lühikese aasta pärast võimalik olla.

Kuidas SpaceXi otseülekandeid vaadata?

Kas soovite SpaceXi järgmise lennu kosmosesse jõuda? Siin saate vaadata järgmist käivitamist.

Loe edasi

Autori kohta