Ocean je raketno pokopališče. Razbitine tisočev vžganih raket, satelitov in šatlov razmetavajo morsko dno. Ponovna uporaba raket pomeni manj odpadkov, manj stroškov in možnost lažjega vračanja z cilja.
Videti vesoljsko plovilo, ki pristaja in zlahka spet vzleti, smo nekaj tisočkrat videli v filmih. Zdaj to vidimo tudi v resničnem življenju. SpaceX je zdaj uspešno izstrelil in pristal na več kot 50 raketah, odkar so začeli s poskusi leta 2015.
Torej, kako lahko rakete pristanejo nazaj na Zemlji? Ta članek bo obravnaval neverjetno tehnologijo, ki stoji za raketami za večkratno uporabo.
Izzivi pristajalnih raket
Pri pristajalnih raketah obstaja več izzivov, tudi če so le delno za večkratno uporabo.
- Gorivo: Če želite pobegniti iz Zemljine atmosfere, mora raketa doseči neverjetnih 17.500 milj na uro, sicer znano kot hitrost pobega. To zahteva ogromno količino goriva. Gorivo je običajno neverjetno drag tekoči kisik. Za uspešno pristanek rakete je potrebno gorivo v rezervi.
- Toplotna zaščita: Za resnično ponovno uporabo mora biti celotna raketa opremljena s toplotno zaščito, nekaj, kar običajno ostane le za del, ki bo padel nazaj na Zemljo. To preprečuje poškodbe ali uničenje delov rakete ob ponovnem vstopu v Zemljino atmosfero. To velja tudi za rakete, usmerjene proti Marsu.
- Pristajalna kolesa: Raketa zahteva tudi podvozje. Ta mora biti čim lažji, hkrati pa ohraniti moč, potrebno za podporo velike rakete (Falcon 9, ena od raket SpaceX, tehta 550 ton).
- Utež: Težje kot je vesoljsko plovilo, več goriva je potrebnega in težji bo ponovni vstop. Prazni rezervoarji za gorivo dodajo raketi in težo, zato se rezervoarji za gorivo običajno spustijo in pustijo, da izgorejo v ozračju. Poleg tega bosta toplotna zaščita in podvozje dodali znatno težo.
Kot smo omenili, SpaceXu je uspel ta neverjeten podvig zdaj velikokrat. Kakšna je torej neverjetna tehnologija za rakete za večkratno uporabo?
3D tiskanje
3D tiskanje je revolucionarna industrija po vsem svetu, nenazadnje tehnologija za rakete. Pravzaprav so nekatere rakete zdaj skoraj v celoti 3D natisnjene.
Ena prednost 3D tiskanja je, da lahko inženirji na splošno izdelajo manj delov. Tiskani deli so lahko veliko bolj zapleteni in ne potrebujejo dragih in edinstvenih proizvodnih orodij za vsak del. To znižuje stroške izdelave raket in povečuje učinkovitost proizvodnega procesa.
Cisterne za gorivo s 3D tiskanjem pomenijo, da ne potrebujete šivov v kovini - značilna šibka točka, ki lahko povzroči težave pri raketah. Druga velika prednost 3D tiskanja je možnost izdelave optičnih delov iz lahkih materialov, kar zmanjšuje skupno težo raket.
Retropropulsion in smernice
Za pristanek rakete mora biti retrogradni potisk večji od teže rakete. Prav tako ga je treba vektorirati, kar pomeni, da je potisk usmerjen in ga je mogoče uporabiti za stabilizacijo spuščanja rakete.
Za stabilizacijo rakete z retropropulsom mora imeti zelo natančne podatke o položaju, nadmorski višini in kotu rakete. To zahteva visokotehnološke sisteme, ki zagotavljajo natančne meritve v realnem času z neposredno povratno informacijo do propelerjev. Ti se imenujejo sistemi za nadzor reakcij (RCS).
Sistemi za nadzor reakcij
RCS zagotavlja majhne količine potiska v več smereh za nadzor nadmorske višine in vrtenja rakete. Upoštevajte dejstvo, da lahko rotacija vključuje premik, nagib in nihanje ter da bo RCS vse to moral preprečiti hkrati, hkrati pa nadzorovati spust rakete.
RCS uporablja več potisnikov, nameščenih v optimalni konfiguraciji okoli rakete. Glavni izziv pri potisnikih je zagotoviti varčevanje z gorivom.
Primer je SpaceX -ov raketni sistem Merlin. To je zbirka 10 ločenih motorjev, ki jih upravlja trojni redundantni nadzorni sistem. Vsak od 10 motorjev ima procesorsko enoto, vsaka procesorska enota pa uporablja tri računalnike, ki nenehno spremljajo drug drugega, da drastično zmanjšajo možnost napak.
Motor Merlin kot pogonsko gorivo uporablja RP-1 (visoko rafiniran kerozin) in tekoči kisik. Najnovejša različica motorja lahko duši (nadzoruje porabo energije) do 39% največjega potiska, kar je bistveno za nadzor na visoki ravni pri pristanku rakete.
Mrežne plavuti
Mrežne plavuti se uporabljajo za vodenje raket za večkratno uporabo, kot je Falcon 9, do njihovega pristanka. Plavuti, izumljene v 50. letih, so bile uporabljene v več projektilih.
Mrežne plavuti imajo videz drobilcev krompirja, ki štrlijo pravokotno od rakete. Uporabljajo se, ker omogočajo visoko raven nadzora nad raketnim letom pri hipersoničnih in nadzvočnih hitrostih. Nasprotno pa tradicionalna krila povzročajo udarne valove in povečajo upor pri teh veliko večjih hitrostih.
Ker mrežaste plavuti omogočajo pretok zraka skozi samo plavuti, ima veliko manj upora, medtem ko je raketo mogoče zavrteti ali stabilizirati z vrtenjem ali nagibanjem plavuti tako kot krilo, vendar učinkoviteje.
Drug razlog, zakaj se uporabljajo globe, je, da pri raketah za večkratno uporabo tehnično letijo nazaj, ko pristanejo. To pomeni, da morata biti sprednji in zadnji del rakete precej podobna, da ju je mogoče nadzorovati v obe smeri.
Pristajalna kolesa
Očitno bo raketa za večkratno uporabo potrebovala nekakšno podvozje. Ti morajo biti dovolj lahki, da ne bodo drastično povečali količine goriva, potrebnega za let in ponovni vstop, ampak tudi dovolj močni, da zadržijo težo rakete.
Trenutno rakete SpaceX uporabljajo 4 pristajalne noge, ki so med letom zložene ob telo rakete. Ti se nato pred pristankom z gravitacijo zložijo.
Toda Elon Musk je januarja 2021 izjavil, da bodo za največjo raketo SpaceX doslej, super težki ojačevalnik, želeli "ujeti" raketo z roko izstrelitvenega stolpa. To bo zmanjšalo težo rakete, ker ne bo več potrebovala pristajalnih nog.
Pristanek v izstrelitvenem stolpu pomeni tudi, da rakete ni treba prevažati za ponovno uporabo. Namesto tega ga bo treba samo opremiti in napolniti z gorivom tam, kjer je.
To ni vse
Rakete vzletajo in letijo v vesolje že desetletja, a za njihovo varno vrnitev na Zemljo za ponovno uporabo je bilo potrebno veliko tehnoloških dosežkov.
Nismo mogli zajeti vse neverjetne tehnologije, ki se uporablja pri raketah, ki lahko pristanejo na Zemlji, vendar upamo, da ste se v tem članku naučili kaj novega! Tehnologija vesoljskih letov se hitro širi in vznemirljivo je razmisliti, kaj bi bilo mogoče v nekaj kratkih letih.
Želite ujeti naslednji let SpaceX -a v vesolje? Tukaj si lahko ogledate naslednjo predstavitev.
Preberite Naprej
- Pojasnjena tehnologija
- Vesolje
- Potovanje
- Futurologija
- Astronomija
Jake Harfield je samostojni pisatelj s sedežem v Perthu v Avstraliji. Ko ne piše, je običajno zunaj v grmu in fotografira lokalne prostoživeče živali. Obiščete ga lahko na www.jakeharfield.com
Naročite se na naše novice
Pridružite se našemu glasilu za tehnične nasvete, ocene, brezplačne e -knjige in ekskluzivne ponudbe!
Kliknite tukaj, če se želite naročiti