Kaip raketos nusileidžia žemėje? Įtraukta nuostabi technika

Vandenynas yra raketų kapinės. Tūkstančių sudegusių raketų, palydovų ir šaudyklų nuolaužos užteršia vandenyno dugną. Pakartotinis raketų naudojimas reiškia mažiau atliekų, mažiau išlaidų ir galimybę daug lengviau grįžti iš paskirties vietos.

Matyti, kaip erdvėlaivis nusileidžia ir vėl lengvai pakyla, mes matėme tūkstančius kartų filmuose. Dabar tai matome ir realiame gyvenime. „SpaceX“ sėkmingai paleido ir nusileido daugiau nei 50 raketų nuo tada, kai jos pradėjo bandyti 2015 m.

Taigi, kaip raketos gali nusileisti atgal į Žemę? Šis straipsnis apims neįtikėtiną technologiją, kuri yra už daugkartinio naudojimo raketų.

Raketų nusileidimo iššūkiai

Su nusileidimo raketomis kyla keletas iššūkių, net jei jos yra tik iš dalies pakartotinai naudojamos.

• Kuras: Norėdami pabėgti nuo Žemės atmosferos, raketa turi įveikti neįtikėtiną 17 500 mylių per valandą, kitaip vadinamą pabėgimo greičiu. Tam reikia milžiniško kuro kiekio. Paprastai kuras yra neįtikėtinai brangus skystas deguonis. Norint sėkmingai nusileisti raketai, atsargų reikia kuro.
instagram viewer
• Šiluminė apsauga: Tikram pakartotiniam naudojimui visa raketa turi būti aprūpinta šilumine apsauga, paprastai tai paliekama tik tai daliai, kuri nukris atgal į Žemę. Tai neleidžia sugadinti ar sunaikinti raketos dalių, kai jos vėl patenka į Žemės atmosferą. Tai taip pat taikoma raketos, nukreiptos į Marsą.
• Važiuoklė: Raketai taip pat reikia važiuoklės. Tai turi būti kuo lengvesnė, tuo pačiu išlaikant tvirtumą, reikalingą masyviai raketai palaikyti („Falcon 9“, viena iš „SpaceX“ raketų, sveria 550 tonų).
• Svoris: Kuo erdvėlaivis sunkesnis, tuo daugiau degalų reikia, ir bus sunkiau grįžti. Tušti degalų bakai padidina raketos pasipriešinimą ir svorį, todėl degalų bakai paprastai numetami ir leidžiami sudegti atmosferoje. Be to, tiek terminė apsauga, tiek važiuoklė padidins svorį.

Kaip jau minėjome, „SpaceX“ sugebėjo pasiekti šį neįtikėtiną žygdarbį dabar daug kartų. Taigi, kokia nuostabi daugkartinio naudojimo raketų technologija?

3D spausdinimas

3D spausdinimas yra revoliucinės pramonės šakos visame pasaulyje, ypač raketų technologijos. Tiesą sakant, kai kurios raketos dabar yra beveik visiškai atspausdintos 3D.

Vienas 3D spausdinimo privalumas yra tas, kad inžinieriai gali pagaminti mažiau dalių. Spausdintos dalys gali būti daug sudėtingesnės ir joms nereikia brangių ir unikalių kiekvienos dalies gamybos įrankių. Tai sumažina raketų statybos išlaidas ir padidina gamybos proceso efektyvumą.

3D spausdinimo kuro bakai reiškia, kad jums nereikia metalinių siūlių - tai tipiška silpnoji vieta, dėl kurios gali kilti problemų dėl raketų. Kitas svarbus 3D spausdinimo privalumas yra galimybė gaminti optines dalis iš lengvų medžiagų, sumažinant bendrą raketų svorį.

Retropropulsija ir orientavimas

Kad raketa nusileistų, atgalinė trauka turi būti didesnė už raketos svorį. Jis taip pat turi būti vektorizuotas, o tai reiškia, kad trauka yra kryptinga ir gali būti naudojama raketos nusileidimui stabilizuoti.

Kad retropropulsija stabilizuotų raketą, ji turi turėti labai tikslią informaciją apie raketos padėtį, aukštį ir kampą. Tam reikalingos aukštųjų technologijų sistemos, užtikrinančios tikslius matavimus realiuoju laiku ir tiesioginį grįžtamąjį ryšį su varikliais. Jie vadinami reakcijos valdymo sistemomis (RCS).

Reakcijos valdymo sistemos

RCS suteikia nedidelį traukos kiekį keliomis kryptimis, kad būtų galima kontroliuoti raketos aukštį ir sukimąsi. Apsvarstykite tai, kad sukimasis gali apimti riedėjimą, žingsnį ir posūkius, ir kad RCS turės užkirsti kelią visiems šiems dalykams vienu metu, taip pat kontroliuoti raketos nusileidimą.

RCS naudojamos kelios optimalios konfigūracijos raketos aplink raketą. Pagrindinis variklių uždavinys yra užtikrinti degalų taupymą.

Vienas iš pavyzdžių yra „SpaceX“ „Merlin“ raketų sistema. Tai yra 10 atskirų variklių, valdomų trigubai nereikalinga valdymo sistema, rinkinys. Kiekvienas iš 10 variklių turi apdorojimo bloką, o kiekvienas procesorius naudoja tris kompiuterius, kurie nuolat stebi vienas kitą, kad drastiškai sumažintų klaidų tikimybę.

„Merlin“ variklis naudoja RP-1 (labai rafinuotą žibalą) ir skystą deguonį. Naujausia variklio versija gali droseliuoti (kontroliuoti, kiek energijos jis sunaudoja) iki 39% didžiausios traukos, o tai yra būtina norint valdyti aukšto lygio nusileidimą raketą.

Tinklelio pelekai

Tinklelio pelekai naudojami nukreipti daugkartines raketas, tokias kaip „Falcon 9“ į nusileidimo vietą. 50 -aisiais išrasti tinklelio pelekai buvo naudojami keliose raketose.

Tinklelio pelekai atrodo kaip bulvių košės, kurios iškyla statmenu kampu nuo raketos. Jie naudojami, nes leidžia aukšto lygio kontroliuoti raketų skrydį hipergarsiniu ir viršgarsiniu greičiu. Priešingai, tradiciniai sparnai sukelia smūgines bangas ir padidina pasipriešinimą tokiu daug didesniu greičiu.

Kadangi tinklelio pelekai leidžia orui tekėti per patį peleką, jis turi daug mažesnį pasipriešinimą, o raketą galima pasukti arba stabilizuoti sukant ar pakreipiant peleką kaip sparnas, bet efektyviau.

Kita priežastis, dėl kurios naudojamos tinklo baudos, yra ta, kad su daugkartinio naudojimo raketomis jie nusileidžia techniškai atgal. Tai reiškia, kad priekiniai ir galiniai raketos galai turi būti gana panašūs, kad juos būtų galima valdyti bet kuria kryptimi.

Važiuoklė

Akivaizdu, kad daugkartinei raketai reikės tam tikros važiuoklės. Jie turi būti pakankamai lengvi, kad smarkiai nepadidėtų degalų, reikalingų skrydžiui ir grįžimui, bet taip pat pakankamai stiprūs, kad išlaikytų raketos svorį.

Šiuo metu „SpaceX“ raketose naudojamos 4 nusileidimo kojos, kurios skrydžio metu yra atlenktos prieš raketos kūną. Tada jie nusileidžia, panaudodami gravitaciją prieš nusileisdami.

2021 m. Sausio mėn. Elonas Muskas pareiškė, kad didžiausios visų laikų „SpaceX“ raketos - „Super Heavy Booster“ - tikslas bus „pagauti“ raketą naudojant paleidimo bokšto svirtį. Tai sumažins raketos svorį, nes jai nebereikės nusileidimo kojų.

Nusileidimas paleidimo bokšte taip pat reiškia, kad raketos nereikės gabenti pakartotiniam naudojimui. Vietoj to, jį reikės tiesiog sumontuoti ir papildyti degalais ten, kur jis yra.

Tai dar ne viskas

Raketos kyla ir skrenda į kosmosą dešimtmečius, tačiau norint jas saugiai sugrąžinti į Žemę pakartotiniam naudojimui, reikėjo daug technologinių laimėjimų.

Negalėjome aprėpti visos nuostabios technologijos, naudojamos raketose, kurios gali nusileisti atgal į Žemę, tačiau tikimės, kad šiame straipsnyje sužinojote ką nors naujo! „Spaceflight“ technologija sparčiai plečiasi, ir įdomu pagalvoti, kas gali būti įmanoma po kelerių metų.

Kaip stebėti „SpaceX“ paleidimą tiesiogiai

Norite sugauti kitą „SpaceX“ skrydį į kosmosą? Čia galite žiūrėti kitą pristatymą.

Skaityti toliau

Apie autorių