Как ракетите кацат обратно на Земята? Участват невероятните технологии

Океанът е ракетно гробище. Отломки от хиляди изгорели ракети, спътници и совалки разхвърлят океанското дъно. Повторното използване на ракети означава по -малко отпадъци, по -малко разходи и възможността да се върнете от дестинация много по -лесно.

Виждането на космически кораби да кацат и лесно да излитат отново е нещо, което сме виждали хиляда пъти във филмите. Сега го виждаме и в реалния живот. SpaceX вече успешно изстреля и кацна над 50 ракети, откакто започнаха опитите през 2015 г.

И така, как ракетите могат да кацнат обратно на Земята? Тази статия ще обхване невероятната технология, която стои зад ракетите за многократна употреба.

Предизвикателствата на кацащите ракети

Има няколко предизвикателства с ракетите за кацане, дори когато те са само частично за многократна употреба.

• Гориво: За да избяга от земната атмосфера, е необходима ракета, която да удари невероятните 17 500 мили в час, иначе известна като скоростта на бягство. Това изисква колосално количество гориво. Горивото обикновено е невероятно скъп течен кислород. За успешно кацане на ракета е необходимо гориво в резерв.
  instagram viewer
• Термична защита: За истинска повторна употреба цялата ракета трябва да бъде снабдена с термична защита, нещо обикновено остава само за частта, която ще падне обратно на Земята. Това предотвратява повреда или разрушаване на части от ракетата при повторно влизане в земната атмосфера. Това важи и за ракети, насочени към Марс.
• Касачи: Ракетата също изисква колесници. Това трябва да бъде възможно най -леко, като същевременно се запази силата, необходима за поддържане на масивната ракета (Falcon 9, една от ракетите на SpaceX, тежи 550 тона).
• Тегло: Колкото по-тежък е космическият кораб, толкова повече гориво е необходимо и по-трудно ще бъде повторното влизане. Празните резервоари за гориво добавят съпротивление и тегло на ракетата, поради което резервоарите за гориво обикновено се изпускат и се оставят да изгорят в атмосферата. Освен това термичната защита и шасито ще добавят значително тегло.

Както споменахме, SpaceX успя да постигне този невероятен подвиг много пъти сега. И така, каква е невероятната технология зад ракетите за многократна употреба?

3D печат

3D печат е революция в индустрията по целия свят, не на последно място технологията зад ракетите. Всъщност някои ракети вече са почти изцяло 3D отпечатани.

Едно от предимствата на 3D печата е, че инженерите могат да произвеждат по -малко части като цяло. Печатните части могат да бъдат много по -сложни и не се нуждаят от скъпи и уникални производствени инструменти за всяка част. Това намалява разходите за изграждане на ракети и увеличава ефективността на производствения процес.

Резервоарите за гориво с 3D печат означава, че нямате нужда от шевове в метала - типична слаба точка, която може да причини проблеми при ракетите. Друго голямо предимство на 3D печата е възможността да се произвеждат оптични части от леки материали, намалявайки общото тегло на ракетите.

Ретропропулсия и насоки

За да кацне ракета, ретроградната тяга трябва да бъде по -голяма от теглото на ракетата. Тя също трябва да бъде векторирана, което означава, че тягата е насочена и може да се използва за стабилизиране на спускането на ракетата.

За да може ретродвигателят да стабилизира ракетата, тя трябва да има много точна информация за позицията, надморската височина и ъгъла на ракетата. Това изисква високотехнологични системи, които осигуряват точни измервания в реално време с директна обратна връзка към тласкачите. Те се наричат ​​системи за контрол на реакцията (RCS).

Системи за управление на реакции

RCS осигурява малки количества тяга в няколко посоки за контрол на височината и въртенето на ракетата. Помислете за факта, че въртенето може да включва преобръщане, стъпка и криволичене и че RCS ще трябва да предотврати всичко това едновременно, като същевременно контролира спускането на ракетата.

RCS използва няколко тласкачи, позиционирани в оптимална конфигурация около ракетата. Основното предизвикателство пред тласкачите е да се гарантира, че горивото се пести.

Един пример е ракетната система Merlin на SpaceX. Това е набор от 10 отделни двигателя, управлявани от тройно-резервна система за управление. Всеки от 10 -те двигателя има процесор и всеки процесор използва три компютъра, които постоянно се наблюдават, за да намалят драстично вероятността от грешки.

Двигателят Merlin използва RP-1 (силно рафиниран керосин) и течен кислород като гориво. Най-новата версия на двигателя може да дроселира (контролирайки колко мощност използва) до 39% от максималната си тяга, което е от съществено значение за контрол на високо ниво при кацане на ракетата.

Ребра с перки

Ребрата се използват за насочване на ракети за многократна употреба като Falcon 9 до позицията им за кацане. Изобретени през 50 -те години, решетките на решетката са били използвани в няколко ракети.

Ребрата на перките имат вид на картофомелачки, които излизат под перпендикулярен ъгъл от ракетата. Те се използват, защото позволяват високо ниво на контрол над полета на ракета при хиперзвукови и свръхзвукови скорости. За разлика от това, традиционните крила причиняват ударни вълни и увеличават съпротивлението при тези много по -високи скорости.

Тъй като перките на решетката позволяват въздушния поток през самата перка, тя има много по -малко съпротивление, докато ракетата може да се завърти или стабилизира чрез завъртане или накланяне на перката точно като крило, но по -ефективно.

Друга причина, поради която се използват глоби от мрежата, е, че с ракети за многократна употреба те летят технически назад, когато кацат. Това означава, че предният и задният край на ракетата трябва да са доста сходни, за да могат да се контролират в двете посоки.

Кацане на предавка

Очевидно е, че ракета за многократна употреба ще се нуждае от някакъв шаси. Те трябва да бъдат достатъчно леки, за да не увеличат драстично количеството гориво, необходимо за полет и повторно влизане, но и достатъчно здрави, за да задържат теглото на ракетата.

В момента ракетите SpaceX използват 4 крака за кацане, които са сгънати към тялото на ракетата по време на полет. След това те се сгъват с помощта на гравитацията преди кацане.

Но Илон Мъск заяви през януари 2021 г., че за най -голямата ракета на SpaceX досега, Super Heavy бустер, те ще имат за цел да „хванат“ ракетата с помощта на ракетата за изстрелване. Това ще намали теглото на ракетата, тъй като тя вече няма да се нуждае от крака за кацане.

Кацането в изстрелващата кула също означава, че няма да е необходимо ракетата да се транспортира за повторна употреба. Вместо това той просто ще трябва да бъде преоборудван и захранван там, където е.

Това не е всичко

Ракетите излитат и летят в космоса от десетилетия, но за да се върнат безопасно на Земята за повторна употреба, са необходими много технологични пробиви.

Не можахме да обхванем всички невероятни технологии, използвани в ракети, които могат да кацнат обратно на Земята, но се надяваме, че сте научили нещо ново в тази статия! Технологията на космическите полети се разширява бързо и е вълнуващо да се помисли какво би могло да бъде възможно след няколко кратки години.

Как да гледате стартирането на SpaceX на живо

Искате ли да хванете следващия полет на SpaceX в космоса? Ето къде можете да гледате следващото стартиране.

Прочетете Напред

За автора