Аэрошель - Aeroshell

Викинг 1 аэрошель

Ан аэрошель қатты жылу қорғалған Төмендетуге көмектесетін және ғарыштық машинаны қысымнан, жылудан және мүмкін қоқыстардан қорғайтын қабық сүйреу кезінде атмосфералық кіру (қараңыз дененің теориясы ). Оның негізгі компоненттері а жылу қалқаны (алдыңғы) және артқы қабығы. Жылу қалқаны ғарыш кемесі атмосфераға енген кезде оның алдында ауаның қысылуынан туындаған жылуды сіңіреді. Артқы қабық жеткізілетін жүкті а. Сияқты маңызды компоненттермен бірге көтереді парашют, ракета қозғалтқыштары және мониторинг электроникасы сияқты инерциялық өлшем бірлігі парашютпен баяулаған түсу кезінде қабықтың бағытын бақылайды.

Оның мақсаты EDL кезінде қолданылады, немесе Кіру, түсу және қону, ғарыш кемесінің миссиясының процесі. Біріншіден, аэрошель ғарыш аппаратын ғаламшардың атмосферасына енген кезде тежейді. Жылу қалқаны нәтижесінде пайда болған үйкелісті сіңіреді. Түсіру кезінде парашют түсіріліп, жылу қалқаны ажыратылады. Артқы қабықта орналасқан ракеталар ғарыш аппараттарының төмендеуіне көмектесу үшін басталады. Соққы жастығы үшін қауіпсіздік жастықтары да үрленеді. Ғарыштық планета бетінде алғашқы соққыдан кейін секіреді. Ғарыш кемесінің қонуға арналған жапырақтары қауіпсіздік жастықтары ауытқып, тартылғаннан кейін орналастырылады. Бүкіл процестегі байланыс миссияны басқарудан және нақты ғарыштық аппараттардан артқы қабыққа және өз-өзіне бекітілген аз күшейтілген антенналар арқылы беріледі. Кіру, түсу және қону кезеңдерінде осы маңызды қадамдардың әрқайсысының сәтті немесе сәтсіздігін хабарлау үшін әуендер жерге қайта жіберіледі.[1]

Аэрошеллалар - бұл кез-келген объектінің бетіне бүтін қонуы керек ғарыш зондтарының негізгі компоненті атмосфера. Олар Жерге пайдалы жүкті қайтаратын барлық миссияларда қолданылған (егер біреуін есептейтін болса) Space Shuttle термиялық қорғаныс жүйесі аэрошель ретінде). Олар сондай-ақ Марсқа, Венераға, барлық қону миссияларында қолданылады. Титан және (ең төтенше жағдайда) Галилео зонды Юпитерге.

Компоненттер

Аэрошель екі негізгі компоненттен тұрады: жылу қалқаны, немесе аэробельдің алдыңғы жағында орналасқан алдыңғы корпус және аэрошельдің артқы жағында орналасқан артқы қабық.[2] Аэрозельдің жылу қалқаны ғарыш кемесінің атмосфераға ену кезінде қошқар бағытына (алға) қарайды, бұл оған қолөнер алдында ауа қысылған кезде пайда болатын жоғары жылуды сіңіруге мүмкіндік береді. Артқы қабық пайдалы жүкті инкапсуляциялауды аяқтаушы рөлін атқарады. Артқы қабықта әдетте а болады парашют, пиротехникалық құрылғылар, олардың электроникасы мен аккумуляторлары, ан инерциялық өлшем бірлігі және нақты миссияның кіру, түсу және қону кезектілігі үшін қажет басқа жабдықтар.[2] Парашют артқы қабықтың ұшында орналасқан және EDL кезінде ғарыш аппаратын баяулатады. Пиротехникалық басқару жүйесі жаңғақ, ракета және парашют ерітіндісі сияқты құрылғылар шығарады. Инерциялық өлшем бірлігі парашют астында тербеліп тұрған кезде артқы қабықтың бағыты туралы хабарлайды. Retrorockets, егер олар жабдықталған болса, ғарыш кемесінің терминалды түсуіне және қонуына көмектесе алады; балама түрде немесе қосымша түрде десантта ұшақтың түсуі және қонуды пайдалану үшін өз корпусына орнатылған ретро-розеткалары болуы мүмкін (артқы қабық жойылғаннан кейін). Басқа зымырандар артқы қабыққа көлденең күш беру үшін жабдықталған болуы мүмкін, бұл негізгі ретро ракетаның жануы кезінде оны тік күйге бағыттауға көмектеседі.[3]

Дизайн факторлары

Ғарыш кемесінің мақсаты миссияның сәтті өтуін қамтамасыз ету үшін қандай ұшу талаптарын анықтайды. Бұл ұшуға қойылатын талаптар тежелу, қыздыру және соққы мен қону дәлдігі. Ғарыш кемесі тежелудің максималды мәніне ие болып, оның көлігінің әлсіз жерлерін сақтап қалуы мүмкін, бірақ атмосфераға қайта оралмай ену үшін жеткілікті. Ғарыш аппараттарының құрылымы және пайдалы жүктеме масса оның максималды тежелудің қаншалықты тұра алатындығына әсер етеді. Бұл күш «г» -мен, немесе Жердің тартылыс үдеуі. Егер оның құрылымы жеткілікті түрде ойластырылған және берік материалдан (мысалы, болаттан) жасалған болса, онда ол г-ның үлкен мөлшеріне төтеп бере алады. Алайда пайдалы жүктемені ескеру қажет. Ғарыш кемесінің құрылымы жоғары жылдамдықтарға төтеп бере алатындығы оның пайдалы жүктемесін білдірмейді. Мысалы, ғарышкерлердің пайдалы жүктемесі тек 12 г-ға немесе олардың салмағынан 12 есе көп шыдай алады. Осы бастапқы деңгейден жоғары мәндер өлімге әкеледі. Ол сондай-ақ атмосфераға гиперзиялық жылдамдықпен ену нәтижесінде пайда болған үлкен үйкеліс салдарынан туындаған жоғары температураға төтеп беруі керек. Сонымен, ол атмосфераға еніп, мақсатқа жетпей, жер бедеріне дәл қонуы керек. Қондырылған қону алаңы дәлдікті талап етеді. Мұндай жағдайларда ғарыш кемесі көп болады оңтайландырылған және тігінен қайта кіру траекториясының бұрышы болуы керек. Бұл факторлар қайта кіру дәлізіне әсер етеді, бұл ғарыш кемесі атмосферада күйіп кетпеуі немесе қайта оралмауы үшін сапар шегуі керек, жоғарыда аталған барлық талаптар ғарыш кемесін қарау, жобалау және реттеу арқылы орындалады. құрылымы мен траекториясы.

Аэрошеллалардың жалпы динамикасына инерциялық және тарту күштері әсер етеді, өйткені бұл теңдеу анықталды: ß = m / CdA, мұндағы m аэрошоллдың массасы және оған сәйкес жүктемелер ретінде, ал CdA - аэрошеллалардың тарту күшінің шамасы ретінде анықталады еркін ағын жағдайында генерациялай алады. Жалпы, drag күштің күшіне бөлінген масса ретінде анықталады (апару аймағының бірлігіне мас). Бірліктің тарту аймағындағы массаның жоғарылауы аэрошельдің енуін, түсуін және қонуын атмосфераның төмен және тығыз нүктелерінде орын алады, сонымен қатар биіктік қабілетін және қону уақытының шегін азайтады. EDL кезінде көбейетін факторларға жылу жүктемесі мен жылдамдығы кіреді, бұл жүйенің жылу жүктемелерінің жоғарылауына күшпен енуіне әкеледі. Бұл жағдай кірудің, түсудің және қонудың пайдалы қонған массалық қабілетін төмендетеді, өйткені жылу жүктемесінің артуы аэрошельдің тіреу құрылымына және термиялық қорғаныс жүйесіне (TPS) әкеледі. Статикалық тұрақтылықты да ескеру қажет, өйткені биіктігі жоғары биіктікті сақтау қажет. Сондықтан аэрозель сыпырылған форвардты доғалға қарсы қою қажет; алдыңғы пішін осы фактордың болуын қамтамасыз етеді, сонымен қатар сүйреу аймағын азайтады. Осылайша, аэрошель пішінінің дизайнына әсер ететін тұрақтылық пен тұрақтылық арасындағы өзара айырмашылық бар. Көтеру мен апару коэффициенті - бұл тағы бір ескеретін фактор. Сүйреуге апаратын рацион үшін ең жақсы деңгей нөлге тең емес.[4]

Парашютпен ұшу бағдарламасы

USAF Aeroshell «Flying Saucer» зымыран паркінде көпшілік назарына Ақ құмды зымырандар полигоны.

НАСА Парашютпен ғаламшарға кіру бағдарламасы (PEPP) аэрошель, 1966 жылы сыналған, сынау үшін жасалған парашюттер үшін Вояджер Марсқа қону бағдарламасы. Жіңішке Марс атмосферасын модельдеу үшін парашют қолданылуы керек еді биіктік Жерден 160 000 футтан жоғары. A әуе шары бастап іске қосылды Розуэлл, Нью-Мексико бастапқыда аэрошельді көтеру үшін қолданылған. The әуе шары содан кейін батысқа қарай жылжыды Ақ құмды зымырандар полигоны, онда көлік құралы құлап, қозғалтқыштар оны қажетті деңгейге көтерді биіктік, қайда парашют орналастырылды.

Кейінірек Voyager бағдарламасы жойылды, оның орнына әлдеқайда кішісі келді Викинг бағдарламасы бірнеше жылдан кейін. НАСА қайта қолданды Вояджер аты Вояджер 1 және Вояджер 2 сыртқы планеталарға зондтар, олармен ешқандай байланысы жоқ Марс Вояджер бағдарлама.

Тығыздығы төмен дыбыстан тежегіш

The Тығыздығы төмен дыбыстан тежегіш немесе LDSD жасауға арналған ғарыштық көлік болып табылады атмосфералық кедергі ғаламшар атмосферасы арқылы ену кезінде тежелу үшін.[5] Бұл шын мәнінде диск тәрізді көлік құралы, оның сыртында үрлемелі, пончик тәрізді шар орналасқан. Жүйенің осы түрін қолдану пайдалы жүктеменің артуына мүмкіндік беруі мүмкін.

Бұл көмекке пайдалану үшін арналған ғарыш аппараттары баяулайды қону алдында Марс. Бұл көліктің беткі қабатын ұлғайту және жасау үшін айналасындағы әуе шарын үрлеу арқылы жасалады атмосфералық кедергі. Жеткілікті баяулағаннан кейін, ұзын байламдағы парашют көлік құралын одан әрі баяулатуға арналған.

Көлік құралын NASA әзірлеп, сынақтан өткізіп жатыр Реактивті қозғалыс зертханасы.[6] Марк Адлер жоба менеджері болып табылады.[7]

2014 жылдың маусым айы

2014 жылғы сынақ рейсі туралы видео

Сынақ рейсі 2014 жылы 28 маусымда АҚШ әскери-теңіз күштерінен сынақ машинасын ұшырумен өтті Тынық мұхиты зымырандар полигоны жылы Кауаи, Гавайи, сағат 18: 45-те (жергілікті 08:45).[7] Толық үрленген кезде көлемі 1,120,000 текше метрді (39,570,000 куб фут) құрайтын биіктіктегі гелий аэростаты,[6] көлікті шамамен 37 000 метрге (120 000 фут) көтерді.[8] Көлік 21: 05-те (жергілікті 11: 05-те),[7] және төрт шағын, қатты отынды зымыран қозғалтқыштары тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін көлікті айналдырды.[8]

Айналғаннан кейін жарты секундтан кейін көлік құралы Жұлдыз 48B қатты отынды қозғалтқыш жанып, көлік құралын қуаттандырады Мах 4 және биіктігі шамамен 55,000 метр (180,000 фут).[8] Зымыраннан кейін бірден төрт ракета қозғалтқышы көлікті тоқтатады.[6] Mach 3.8 дейін баяулағаннан кейін, 6 метрлік (20 фут) түтік тәрізді Суперсоны үрлемелі аэродинамикалық тежегіш (SIAD-R конфигурациясы) орналастырылды.[8] SIAD автомобильдің атмосфералық қарсылығын оның алдыңғы жағының беткі қабатын ұлғайту арқылы арттырады, осылайша тежелу жылдамдығын арттырады.[9]

Mach 2.5 дейін баяулағаннан кейін (SIAD орналастырылғаннан кейін шамамен 107 секунд)[6]), жылдамдықты арттыру үшін парадтан Supersonic Disk Sail (SSDS) шығарылды.[8] Бұл парашюттің диаметрі 33,5 метр (110 фут), ол үшін қолданылғаннан екі есе үлкен Марс ғылыми зертханасы миссия.[10] Алайда, ол орналастырылғаннан кейін ыдырай бастады,[11] және көлік сағат 21: 35-те (жергілікті 11: 35-те) сағатына 32-ден 48 шақырымға (20-дан 30 мильге дейін) жүріп өтіп, Тынық мұхитына әсер етті.[7][12] Барлық жабдықтар және деректер жазғыштар қалпына келтірілді.[9][12] Парашютпен болған оқиғаға қарамастан, миссия сәтті деп жарияланды; негізгі мақсат - сыналатын машинаның ұшуға қабілеттілігін дәлелдеу, ал SIAD және SSDS екінші эксперименттер болды.[9]

2015 жылғы сынақ рейстері

LDSD тағы екі сынақ рейсі 2015 жылдың ортасында Тынық мұхиты зымырандар полигонында өтеді. Олар 8-метрлік (26 фут) SIAD-E және SSDS технологияларына, 2014 жылғы тест кезінде алынған сабақтарды қосады.[12] Парашютке жоспарланған өзгерістер дөңгелек пішінді және құрылымдық арматураны қамтиды.[11] Қайта кіргеннен кейін көп ұзамай парашют жұлып алынды.[13]

Галерея

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Ғарыштан оралу: қайта кіру» (PDF). Федералды авиациялық әкімшілік. АҚШ көлік министрлігі. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 19 наурыз 2015 ж. Алынған 12 сәуір 2015.
  2. ^ а б «Aeroshells: ғарыш аппараттарын қауіпсіз сақтау». Локхид Мартин. Алынған 2019-12-02.
  3. ^ «Mars Exploration Rover миссиясы: миссия». mars.nasa.gov. Алынған 2019-12-02.
  4. ^ «Гиперсониктік кіру аэрошель формасын оңтайландыру» (PDF). Күн жүйесін зерттеу. НАСА. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2015 жылғы 27 сәуірде. Алынған 12 сәуір 2015.
  5. ^ Эрдман, Шелби Лин; Ботело, Грег (29.06.2014). «NASA Марстағы болашақ басқарылатын миссиясы үшін ұшатын тарелка техникасын сынайды». CNN.com. Алынған 12 тамыз, 2014.
  6. ^ а б c г. «Пресс-жинақ: Төмен тығыздықты дыбыстан баяулату (LDSD)» (PDF). NASA.gov. Мамыр 2014. Алынған 12 тамыз, 2014.
  7. ^ а б c г. Карни, Эмили (2014 жылғы 1 шілде). «НАСА-ның төмен тығыздықтағы дыбыстан баяулатқыш сынағының ұшуы сәтті өтті». Америка кеңістігі. Алынған 12 тамыз, 2014.
  8. ^ а б c г. e Парслов, Мэттью (28.06.2014). «LDSD технологияның алғашқы сынағынан өтеді, бірақ ақауларға ұшырайды». NASA ғарыштық ұшуы. Алынған 12 тамыз, 2014.
  9. ^ а б c МакКиннон, Мика (29 маусым, 2014). «Гавайи үстінен табақ сынайтын көлік құралы үшін сәтті алғашқы ұшу». io9.com. Алынған 12 тамыз, 2014.
  10. ^ Чанг, Алисия (2014 ж. 1 маусым). «NASA Жердегі алып парашютті сынақтан өткізеді». Las Vegas Review-Journal. Associated Press. Алынған 12 тамыз, 2014.
  11. ^ а б Бойль, Алан (8 тамыз, 2014). «Ұшатын табақшалардың видеолары не істегенін және не істемейтінін ашады». NBC жаңалықтары. Алынған 12 тамыз, 2014.
  12. ^ а б c Розен, Джулия (30 маусым, 2014). «NASA Mars сынағы сәтті өтті. Енді парашютты игеру керек». Los Angeles Times. Алынған 12 тамыз, 2014.
  13. ^ Оллман, Тим (2015 жылғы 9 маусым). «Nasa-дағы» ұшатын табақшадағы «парашют сынақтан өте алмады». BBC. Алынған 9 маусым, 2015.

«Отынды ғарышта сақтау үшін NASA инженерлері аэрокаптаны тағайындады». НАСА. 2006-08-17. Алынған 2007-02-17.