no.llcitycouncil.org
Romfart

Hva hindrer romskip å brenne seg opp under gjenopptakelse?

Hva hindrer romskip å brenne seg opp under gjenopptakelse?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.


Å få astronauter inn i rommet utfordrer ingeniører med enestående vanskelige problemer. Selv om romfartøyet kan ha blitt bevist under lanseringen og varigheten av romeksponeringen, må det fortsatt tåle en av de mest krevende utfordringene av alle: gjeninntreden. På slutten av et oppdrag kommer romskip tilbake til jordens atmosfære når de reiser i overkant av30.000 km / t. Den enorme hastigheten til reentry-kjøretøyet komprimerer luften under til en varm plasmakule som omslutter fartøyet. Å få astronautene trygt hjem vil kreve å beskytte dem mot varmen når den nårtusenvis av grader.

Farene ved å komme inn på nytt

Arkeologer har lenge forstått at asteroider brenner opp når de faller gjennom atmosfæren. Faktum innpodet forskere frykt i flere tiår da de lurte på muligheten for å konstruere et kjøretøy som er sterkt nok til å tåle det farlige miljøet som gjenopptakelse skaper.

En av de største utfordringene som luftfartsingeniører pålegges er å utvikle et termisk beskyttende materiale som ikke blir kompromittert, selv ikke ved temperaturer så høye som 1700 grader Celsius.

En rekke termiske beskyttelsessystemer (TPS) brukes for å forhindre at romskip forhindrer brenning. Varmeskjoldet er et reetry-kjøretøys primære forsvar mot den intense varmen som oppleves når de faller gjennom atmosfæren.

Katastrofe rammer

En av de hardlærte leksjonene om å komme inn på nytt var under Columbias dødelige flyging 1. februar 2003. Under lanseringen rev et stort stykke skum på størrelse med en koffert seg løs og forårsaket litt skade på et varmeskjermpanel på venstre ving. Oppdraget gikk som vanlig til katastrofen rammet under gjeninntreden. Overopphetet plasma trengte gjennom den kompromitterte vingen og brente raskt strukturen. Dessverre begynte Columbia en ukontrollerbar tørketrommel som fikk den til å gå i oppløsning. Sju astronauter mistet livet den dagen.

Den uheldige ulykken ville imidlertid tvinge NASA til å redesigne romfergen. Mer enn et tiår senere implementerer NASA leksjonene på sitt nye skip,Orion.

Tidligere teknologier

Tidlig bemannede romfartøy inkludert Mercury, Gemini og Apollo, kunne ikke manøvreres under gjeninntreden. Romkapslene hadde fulgt ballistiske tilbaketrekksbaner før de styrtet ned i havet.

Store varmeskjold konstruert av fenoliske epoksyharpikser i en nikkel-legering bikakestruktur beskyttet kapslene under gjeninnføring. Skjoldene tålte utrolig høy oppvarmingshastighet, en alvorlig nødvendighet blant reentry-kjøretøy.

Apollo-måneoppdragene utgjorde en stor teknisk hindring siden kapslene, da de kom tilbake fra månen og kommer inn i atmosfæren på mer enn 40.000 km / t. Varmeskjoldet var i stand til å slipe eller brenne røyelaget kontrollerbart for å beskytte de underliggende lagene. Selv om varmeskjoldet var effektivt, var det noen kritiske ulemper.

Skjoldene var tunge og var bundet direkte til kjøretøyet. Dessuten var de ikke gjenbrukbare.

Det kanskje mest imponerende termiske beskyttelsessystemet (TPS) tilhører romfergen. Space Shuttle-programmet krevde et helt redesignet varmeskjold. Med en utrolig lang designlevetid på 100 oppdrag, isolasjonen måtte ikke bare fungere bra, men måtte også gjenbrukes. Dens tekniske suksess vil gi de innovative teknologiene som vil bære inn i neste generasjon romfartsprogrammer.

Space Shuttle termisk beskyttelsessystem

I rommet ville Orbiter sirkle verden rundt hver 90 minutter. Tiden fra dag til natt ville se temperatursvingninger på -130 grader Celsius til nesten 100 grader Celsius, enn si temperaturene på gjeninnføring.

Selv om det finnes mange materialer som er holdbare nok til å tåle kreftene ved gjeninnføring, er det ikke mange som tåler varmen. Under gjeninntreden av Orbiter nådde de ytre overflatene ekstreme temperaturer på opp til 1.648 ° C (3.000 ° F).

Til tross for den ekstreme varmen TPS opplever, jobber mange systemer sammen for å holde Orbiterens ytre hud under 176 ° C (350 ° F). Selv om de eksterne komponentene kan være i stand til å overleve hundrevis av grader, tåler aluminiumsrammen bare temperaturer opp til a maksimum 150 ° C. Temperaturer langt over terskelen vil føre til at rammen blir myk og kompromittert som et resultat. De termiske beskyttelsessystemene på plass sørger for at flyrammen ikke overskrider den termiske grensen.

Materialene som brukes til å holde Orbiter kjølig

NASAs første operasjonelle bane, ellers kjent som Columbia, ble konstruert av fire primære materialer. Materialene inkluderer armerte karbon-karbon (RCC), lav- og høy temperatur gjenbrukbare flateisolasjonsfliser (henholdsvis LRSI og HRSI) og filt gjenbrukbare overflateisolasjon (FRSI) tepper.

Ulike deler av flyet opplever forskjellige temperaturer og krever derfor forskjellige materialer. Delene som er mest utsatt for varme, inkludert nesen og undersiden av Orbiter, er laget av de mest varmebestandige materialene. Forkantene krever ytterligere forsterket karbon-karbonbelegg på toppen av isolasjonsteglene med høy temperatur.

Andre områder, inkludert det meste av skroget, var dekket av avansert fleksibelt og gjenbrukbart isolasjonspledd.

[Bilde med tillatelse fra NASA]

Alle komponenter som kommer i kontakt med utsiden er dekket av belegg med høy emissivitet for å sikre at skyttelen reflekterer det meste av termisk varme. Selv om fargenes forskjell også spiller en viktig rolle.

Svarte og hvite fliser utfører forskjellige oppgaver mens de kommer på nytt, mens de er like sammensatte. De hvite flisene på den øvre overflaten av materialet beholder høy termisk reflektivitet (en tendens til å absorbere minimal varme). De svarte flisene er i stedet optimalisert for maksimal emissivitet som gjør at de kan miste varmen raskere enn hvite fliser.

Hvordan de fungerer

Flisene som tar mye av den brutale kraften under gjeninnføring, er laget av silika-aerogeler. Materialet som brukes på undersiden av Orbiter (kjent som LI-900) er 94 volumprosent luftgjør det utrolig lett. Flisene er spesielt designet for å tåle termisk støt. En LI-900 er i stand til å bli oppvarmet til 1200 grader, og ta et stup i kaldt vann uten å påføre skade. Selv om optimalisering av flisene med lav tetthet og høy støtbestandighet fører til et kompromiss i den totale styrken.

Områder med høy belastning krever et mer robust materiale; Områder med høy belastning krever et mer robust materiale; et problem som senere ble løst av materialet LI-2200. LI-2200 fliser er modifisert for å tåle mer kraft. Skjønt, de sterkere flisene har også sine ulemper. En LI-2200 fliser veier 22 pounds per kubikkfot bulk tetthet sammenlignet med den mye lettere LI-900 med en tetthet på bare 9 pund per kubikkfot.

Å komme inn i atmosfæren igjen i dag

Selv om astronauter ikke har besøkt månen på en stund, og selv om romferge-programmet siden har blitt forlatt, besøker astronauter rutinemessig ISS for å utføre eksperimenter og reparasjoner. Selv om romskipene har endret seg, beholder teknologiene som bringer dem hjem igjen de samme prinsippene.

Orion romskip

NASAs nåværende magnum opus er deres revolusjonerende Orion-romfartøy. NASA lover romfartøyet vil ta mennesker lenger enn noen gang før, inkludert Mars. Selv om det nye romfartøyet krevde en totaloverhaling av reentry-systemene.

Mens romfergen har bemerkelsesverdig TPS, har ingeniører i stor grad forlatt ideen om gjenbrukbare termiske skjold til fordel for billige, lett produserte engangsfliser.

Orion-kapslen vil ikke gli inn som romfergen en gang gjorde. I stedet brukes fallskjerm for å sikre en trygg retur til jorden. Orions mannskapsmodul er designet for å komme inn på nytt i hastigheter på mer enn40.000 km / t.

Hvordan Orion overlever gjeninntreden

Det store overflatearealet på bunnen av kapselen arbeider for å ta stumpen av kraften. I likhet med Apollo-reentry-kjøretøyene er Orions varmeskjold konstruert for å ablate (kontrollerbar brenning). Skjoldet er aerodynamisk nok til å opprettholde en stabil flyvebane, men likevel sløv nok til å senke nedstigningen til en hastighet på bare 500 km / t.

Etter å ha oppnådd en rimelig hastighet, reduserer flere små fallskjermhøyder litt over 2 meter i diameter flyet med bare 30 km / t. Derfra en serie store fallskjerm med diametre på7 meterbrukes for å redusere kapselen til 200 km / t bare 3 kilometer over jordens overflate. Til slutt reduserer tre massive fallskjermhøyder med en diameter på 35 meter hver nedstigningstakten til en overlevende hastighet. Selv om landingen ikke er pen.

Imidlertid er det gjennom det harde skremmende arbeidet astronauter utfører i dag som vil fremme menneskeheten til å ta neste gigantiske sprang. Snart vil oppdrag ta mennesker langt utenfor jordens rekkevidde for å utforske andre verdensplaneter.

Skrevet av Maverick Baker


Se videoen: Planetsangen - Rekkefølgen på planetene


Kommentarer:

  1. Saleem

    vakker))

  2. Kelby

    Earlier I thought differently, many thanks for the information.

  3. Verbrugge

    Jeg svarer på forespørselen din - ikke noe problem.

  4. Stearn

    Etter min mening er det noen å sykle

  5. Isenham

    Bravo, at den nødvendige setningen ..., den utmerkede tanken



Skrive en melding