Πώς πέφτουν οι ρουκέτες στη Γη; Η εκπληκτική τεχνολογία που συμμετέχει

Ο ωκεανός είναι νεκροταφείο πυραύλων. Συντρίμμια από χιλιάδες καμένες ρουκέτες, δορυφόρους και λεωφορεία απορρίπτουν τον πυθμένα του ωκεανού. Η επαναχρησιμοποίηση των πυραύλων σημαίνει λιγότερα απόβλητα, μικρότερο κόστος και δυνατότητα ευκολότερης επιστροφής από έναν προορισμό.

Το να βλέπουμε διαστημόπλοια να προσγειώνονται και να απογειώνονται ξανά εύκολα είναι κάτι που έχουμε δει χίλιες φορές σε ταινίες. Τώρα το βλέπουμε και στην πραγματική ζωή. Η SpaceX έχει πλέον εκτοξεύσει με επιτυχία και προσγειώνει περισσότερους από 50 πυραύλους από τότε που άρχισαν να προσπαθούν το 2015.

Λοιπόν, πώς είναι σε θέση οι πύραυλοι να προσγειωθούν στη Γη; Αυτό το άρθρο θα καλύψει την απίστευτη τεχνολογία που κρύβεται πίσω από επαναχρησιμοποιήσιμους πυραύλους.

Οι προκλήσεις των προσγειωμένων πυραύλων

Υπάρχουν αρκετές προκλήσεις με τους πύραυλους προσγείωσης, ακόμη και όταν είναι μερικώς επαναχρησιμοποιήσιμες.

• Καύσιμα: Για να ξεφύγει από την ατμόσφαιρα της Γης, ένας πύραυλος απαιτείται να χτυπήσει απίστευτα 17.500 μίλια την ώρα, αλλιώς γνωστή ως ταχύτητα διαφυγής. Αυτό απαιτεί τεράστια ποσότητα καυσίμου. Το καύσιμο είναι συνήθως απίστευτα ακριβό υγρό οξυγόνο. Για να προσγειωθεί ένας πύραυλος με επιτυχία, απαιτείται καύσιμο σε απόθεμα.
  instagram viewer
• Θερμική προστασία: Για πραγματική επαναχρησιμοποίηση, ολόκληρος ο πύραυλος πρέπει να είναι εξοπλισμένος με θερμική προστασία, κάτι που συνήθως μένει μόνο για το μέρος που θα πέσει πίσω στη Γη. Αυτό αποτρέπει την καταστροφή ή την καταστροφή τμημάτων του πυραύλου κατά την επανείσοδο στην ατμόσφαιρα της Γης. Αυτό ισχύει και για πυραύλους που κατευθύνονται προς τον Άρη.
• Σύστημα προσγείωσης: Ο πύραυλος απαιτεί επίσης εξοπλισμό προσγείωσης. Αυτό πρέπει να γίνει όσο το δυνατόν πιο ελαφρύ διατηρώντας παράλληλα τη δύναμη που απαιτείται για την υποστήριξη του τεράστιου πυραύλου (το Falcon 9, ένας από τους πυραύλους της SpaceX, ζυγίζει 550 τόνους).
• Βάρος: Όσο πιο βαρύ είναι ένα διαστημόπλοιο, τόσο περισσότερο καύσιμο χρειάζεται και τόσο πιο δύσκολη θα είναι η επανεισδοχή. Οι άδειες δεξαμενές καυσίμου προσθέτουν αντίσταση και βάρος στον πύραυλο, γι 'αυτό οι δεξαμενές καυσίμου συνήθως πέφτουν και αφήνονται να καούν στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, η θερμική προστασία και ο εξοπλισμός προσγείωσης θα προσθέσουν και τα δύο σημαντικό βάρος.

Όπως αναφέραμε, Η SpaceX κατάφερε αυτό το απίστευτο κατόρθωμα πολλές φορές τώρα. Ποια είναι λοιπόν η εκπληκτική τεχνολογία πίσω από τους επαναχρησιμοποιήσιμους πυραύλους;

Τρισδιάστατη εκτύπωση

Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι επανάσταση στις βιομηχανίες σε ολόκληρο τον πλανήτη, κυρίως η τεχνολογία πίσω από τους πυραύλους. Στην πραγματικότητα, ορισμένοι πύραυλοι είναι πλέον σχεδόν πλήρως τρισδιάστατοι εκτυπωμένοι.

Ένα πλεονέκτημα της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι ότι οι μηχανικοί μπορούν να παράγουν λιγότερα μέρη συνολικά. Τα τυπωμένα εξαρτήματα μπορεί να είναι πολύ πιο πολύπλοκα και δεν χρειάζονται ακριβά και μοναδικά εργαλεία κατασκευής για κάθε μέρος. Αυτό μειώνει το κόστος κατασκευής πυραύλων και αυξάνει την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας κατασκευής.

Η τρισδιάστατη δεξαμενή καυσίμου σημαίνει ότι δεν χρειάζεστε ραφές στο μέταλλο - ένα τυπικό αδύναμο σημείο που μπορεί να προκαλέσει προβλήματα σε ρουκέτες. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι η δυνατότητα παραγωγής οπτικών εξαρτημάτων από ελαφριά υλικά, μειώνοντας το συνολικό βάρος των πυραύλων.

Αναδρομή και καθοδήγηση

Για να προσγειωθεί ένας πύραυλος, η ανάδρομη ώθηση πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το βάρος του πυραύλου. Πρέπει επίσης να γίνει διανυσματικό, πράγμα που σημαίνει ότι η ώθηση είναι κατευθυντική και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σταθεροποίηση της κατάβασης του πυραύλου.

Για να σταθεροποιήσει τον πυραύλο ο ανατροπής, πρέπει να έχει πολύ ακριβείς πληροφορίες σχετικά με τη θέση, το υψόμετρο και τη γωνία του πυραύλου. Αυτό απαιτεί συστήματα υψηλής τεχνολογίας που παρέχουν ακριβείς μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο με άμεση ανάδραση στους προωθητήρες. Αυτά ονομάζονται συστήματα ελέγχου αντίδρασης (RCS).

Συστήματα Ελέγχου Αντίδρασης

Ένα RCS παρέχει μικρές ποσότητες ώσης σε διάφορες κατευθύνσεις για τον έλεγχο του ύψους και της περιστροφής του πυραύλου. Εξετάστε το γεγονός ότι η περιστροφή μπορεί να περιλαμβάνει ρολό, βήμα και χασμουρητό και ότι το RCS θα πρέπει να τα αποτρέψει όλα αυτά ταυτόχρονα, ενώ θα ελέγχει επίσης την κάθοδο του πυραύλου.

Το RCS χρησιμοποιεί αρκετές ωθήσεις τοποθετημένες σε μια βέλτιστη διαμόρφωση γύρω από τον πύραυλο. Η κύρια πρόκληση με τους προωθητήρες είναι να διασφαλιστεί η εξοικονόμηση καυσίμου.

Ένα παράδειγμα είναι το πυραυλικό σύστημα Merlin της SpaceX. Πρόκειται για μια σουίτα από 10 ξεχωριστούς κινητήρες που ελέγχονται από ένα σύστημα ελέγχου τριπλού πλεονάζοντος συστήματος. Κάθε ένας από τους 10 κινητήρες διαθέτει μονάδα επεξεργασίας και κάθε μονάδα επεξεργασίας χρησιμοποιεί τρεις υπολογιστές που παρακολουθούν συνεχώς ο ένας τον άλλον για να μειώσει δραστικά την πιθανότητα σφαλμάτων.

Ο κινητήρας Merlin χρησιμοποιεί RP-1 (εξαιρετικά εκλεπτυσμένη κηροζίνη) και υγρό οξυγόνο ως προωθητικά. Η πιο πρόσφατη έκδοση του κινητήρα μπορεί να πετάξει (ελέγχοντας πόση ενέργεια χρησιμοποιεί) έως και το 39% της μέγιστης ώθησής του, η οποία είναι απαραίτητη για τον έλεγχο υψηλού επιπέδου κατά την προσγείωση του πύραυλου.

Πλέγματα πλέγματος

Τα πτερύγια πλέγματος χρησιμοποιούνται για την καθοδήγηση ρουκετών επαναχρησιμοποιήσιμων όπως το Falcon 9 στη θέση προσγείωσής τους. Επινοημένα στη δεκαετία του '50, πτερύγια πλέγματος έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλούς βλήματα.

Τα πτερύγια πλέγματος έχουν την εμφάνιση μηχανών πατάτας που εκτοξεύονται σε κάθετη γωνία από τον πύραυλο. Χρησιμοποιούνται επειδή επιτρέπουν ένα υψηλό επίπεδο ελέγχου της πτήσης των πυραύλων σε υπερηχητικές και υπερηχητικές ταχύτητες. Αντίθετα, τα παραδοσιακά φτερά προκαλούν κρουστικά κύματα και αυξάνουν την αντίσταση σε αυτές τις πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες.

Επειδή τα πτερύγια πλέγματος επιτρέπουν τη ροή του αέρα μέσω του ίδιου του πτερυγίου, έχει πολύ λιγότερη αντίσταση, ενώ ο πύραυλος μπορεί να περιστραφεί ή να σταθεροποιηθεί περιστρέφοντας ή ρίχνοντας το πτερύγιο ακριβώς όπως ένα φτερό, αλλά πιο αποτελεσματικά.

Ένας άλλος λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται πρόστιμα στο δίκτυο είναι ότι, με ρουκέτες επαναχρησιμοποιήσιμες, πετούν τεχνικά προς τα πίσω όταν προσγειώνονται. Αυτό σημαίνει ότι το μπροστινό και το πίσω άκρο του πυραύλου πρέπει να είναι αρκετά παρόμοια ώστε να μπορούν να ελέγχονται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Σύστημα προσγείωσης

Προφανώς, ένας επαναχρησιμοποιήσιμος πύραυλος θα χρειαστεί κάποιο είδος εξοπλισμού προσγείωσης. Αυτά πρέπει να είναι αρκετά ελαφριά ώστε να μην αυξάνουν δραστικά την ποσότητα καυσίμου που απαιτείται για την πτήση και την επανείσοδο αλλά και αρκετά ισχυρή για να συγκρατήσει το βάρος του πύραυλου.

Επί του παρόντος, οι πύραυλοι SpaceX χρησιμοποιούν 4 πόδια προσγείωσης που διπλώνονται στο σώμα του πύραυλου κατά τη διάρκεια της πτήσης. Αυτά στη συνέχεια διπλώνονται χρησιμοποιώντας τη βαρύτητα πριν από την προσγείωση.

Όμως, ο Έλον Μασκ δήλωσε τον Ιανουάριο του 2021 ότι για τον μεγαλύτερο πύραυλο της SpaceX ποτέ, τον ενισχυτή Super Heavy, θα στόχευαν να «πιάσουν» τον πύραυλο χρησιμοποιώντας τον βραχίονα πύργου εκτόξευσης. Αυτό θα μειώσει το βάρος του πυραύλου επειδή δεν θα χρειάζεται πλέον πόδια προσγείωσης.

Η προσγείωση στον πύργο εκτόξευσης σημαίνει επίσης ότι ο πύραυλος δεν θα χρειαστεί να μεταφερθεί για επαναχρησιμοποίηση. Αντ 'αυτού, θα χρειαστεί απλώς να επανατοποθετηθεί και να τροφοδοτηθεί εκεί που βρίσκεται.

Αυτό δεν είναι το παν

Οι ρουκέτες έχουν απογειωθεί και πετούν στο διάστημα εδώ και δεκαετίες, αλλά το να επιστρέψουν με ασφάλεια στη Γη για επαναχρησιμοποίηση έχει απαιτήσει πολλές τεχνολογικές ανακαλύψεις.

Δεν μπορούσαμε να καλύψουμε όλη την εκπληκτική τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε ρουκέτες που μπορούν να προσγειωθούν στη Γη, αλλά ελπίζουμε ότι μάθατε κάτι νέο σε αυτό το άρθρο! Η τεχνολογία των διαστημικών πτήσεων επεκτείνεται ραγδαία και είναι συναρπαστικό να εξετάζουμε τι μπορεί να είναι δυνατό σε λίγα σύντομα χρόνια.

Πώς να παρακολουθήσετε το SpaceX να ξεκινά ζωντανά

Θέλετε να πιάσετε την επόμενη πτήση της SpaceX στο διάστημα; Εδώ μπορείτε να παρακολουθήσετε την επόμενη κυκλοφορία.

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα