hu.llcitycouncil.org
Repülés

Mi akadályozza meg az űrhajók égését a visszatérés során?

Mi akadályozza meg az űrhajók égését a visszatérés során?



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.


Az űrhajósok űrbe juttatása soha nem látott nehézségekkel küzd a mérnökök számára. Bár az űrhajó bizonyított lehet az űrhajózás indítása és időtartama alatt, mégis el kell viselnie az egyik legigényesebb kihívást: a visszatérést. A misszió végén az űrhajók újra belépnek a Föld légkörébe, amikor azokon felül haladnak30.000 km / h. A visszatérő jármű hatalmas sebessége az alatta levő levegőt forró plazma gömbbé préseli, amely körülveszi a vízi járművet. Az űrhajósok biztonságos hazahozatalához meg kell védeni őket a hőtől, amint elériezer fok.

A visszatérés veszélyei

A régészek régóta értik, hogy az aszteroidák égnek, amikor a légkörbe esnek. Ez a tény évtizedekig félelmet váltott ki a tudósokból, miközben azon gondolkodtak, hogy lehet-e olyan járművet tervezni, amely elég erős ahhoz, hogy ellenálljon a visszatérő veszélyes környezetnek.

Az űrmérnökök számára az egyik legnagyobb kihívás egy olyan hővédő anyag kifejlesztése, amely még a legmagasabb hőmérsékleten sem sérül. 1700 Celsius fok.

Különféle hővédelmi rendszereket (TPS) alkalmaznak az űrhajók megelőző égésének megakadályozására. A hőpajzs a visszatérő jármű elsődleges védelme a légkörbe esés közben tapasztalt intenzív hő ellen.

Katasztrófa támad

A visszatérés egyik nehezen megtanult tanulsága volt Columbia végzetes repülése során, 2003. február 1-jén. Az indulás során egy nagy méretű, egy aktatáska méretű habdarab elszakadt és némi kárt okozott a hővédő panelen. balszárny. A misszió a szokásos módon folyt, amíg a katasztrófa nem történt a visszatérés során. A túlhevített plazma behatolt a sérült szárnyba, és gyorsan megégette szerkezetét. Sajnos a Columbia ellenőrizetlen zuhanásba kezdett, ami szétesett. Aznap hét űrhajós vesztette életét.

A szerencsétlen baleset azonban a NASA-t arra kényszerítené, hogy újratervezze az űrsiklót. Több mint egy évtizeddel később a NASA végrehajtja új hajójának tanulságait,Orion.

Korábbi technológiák

A korai pilóta nélküli űrhajókkal, köztük a Merkúrral, az Ikrekkel és az Apollóval, nem lehetett manőverezni a visszatérés során. Az űrkapszulák ballisztikus visszatérési pályákat követtek, mielőtt az óceánba zuhantak.

A nikkelötvözetű méhsejt-elrendezésben fenolos epoxigyantákból készült nagy hőpajzsok védték a kapszulákat a visszatérés során. A pajzsok hihetetlenül magas fűtési sebességnek tudtak ellenállni, ami rendkívül szükséges a visszatérő járművek körében.

Az Apollo holdmissziói nagy mérnöki akadályt jelentettek a kapszulák óta, mivel visszatértek a Holdról és több mint 40 000 km / h. A hővédő pajzs képes volt ablálni vagy égetni a szenes réteget az alatta lévő rétegek védelme érdekében. Bár a hővédő pajzs hatékony volt, volt néhány kritikus hátrány.

A pajzsok nehézek voltak, és közvetlenül a járműhöz voltak kötve. Sőt, nem voltak újrafelhasználhatók.

Talán a legimpozánsabb hővédelmi rendszer (TPS) tartozik az Űrsikló keringőjéhez. Az Űrsikló programhoz teljesen átalakított hőpajzsra volt szükség. Hihetetlenül hosszú tervezési élettartama 100 küldetés, szigetelésének nemcsak jól kellett teljesíteni, hanem újrafelhasználhatónak is kellett lennie. Mérnöki sikere biztosítja azokat az innovatív technológiákat, amelyek az űrprogramok következő generációjába kerülnek.

Az űrsikló hővédelmi rendszere

Az űrben az Orbiter mindannyian körbejárná a világot 90 perc. A napról éjszakára való időtartam -130 Celsius-fok és csaknem 100 Celsius-fok közötti ingadozást mutatna, nem beszélve a visszatérés hőmérsékletéről.

Bár sok olyan anyag létezik, amelyek elég tartósak ahhoz, hogy ellenálljanak a visszatérési erőknek, nem sokan képesek ellenállni a hőnek. Az Orbiter újbóli belépése során annak külső felülete legfeljebb 1648 ° C (3000 ° F).

A TPS által tapasztalt rendkívüli meleg ellenére sok rendszer együttműködik annak érdekében, hogy az Orbiter külső bőre alatt maradjon 176 ° C (350 ° F). Bár a külső alkatrészek több száz fokot képesek túlélni, az alumínium repülőgépváz csak a hőmérsékletet képes ellenállni legfeljebb 150 ° C. A küszöbértéket jóval meghaladó hőmérséklet miatt a keret puhává és kompromittálttá válik. A meglévő hővédelmi rendszerek biztosítják, hogy a repülőgép váza ne lépje túl a hőhatárt.

Az Orbiter hűvösségéhez használt anyagok

A NASA első működési pályáját, más néven Columbia-t négy elsődleges anyagból építették fel. Az anyagok közé tartozik a megerősített szén-szén (RCC), alacsony és magas hőmérsékletű újrafelhasználható felületszigetelő csempe (LRSI és HRSI), valamint a filc újrafelhasználható felületszigetelő (FRSI) takaró.

A repülőgép különböző részein különböző hőmérsékletek tapasztalhatók, ezért különböző anyagokra van szükség. A hőnek leginkább kitett alkatrészek, beleértve az Orbiter orrát és alsó oldalát is, a hőállóbb anyagokból készülnek. Az élek további erősített szén-szén bevonatot igényelnek a magas hőmérsékletű szigetelőcsempék tetején.

Más területeket, köztük a törzs nagy részét, fejlett rugalmas és újrafelhasználható területek borították szigetelő takarók.

[Kép jóvoltából NASA]

Minden olyan alkatrészt, amely érintkezik a külsejével, nagy emissziós képességű bevonatok borítják, hogy a Shuttle visszaverje a hőhő nagy részét. Bár a színbeli különbség is létfontosságú szerepet játszik.

A fekete-fehér csempék, bár összetételükben hasonlóak, a visszatérés során különböző feladatokat látnak el. Az anyag felső felületén található fehér csempék magas hővisszaverő képességgel bírnak (hajlamosak a minimális hőelnyelésre). A fekete csempéket ehelyett a maximális emissziós képességre optimalizálták, ami lehetővé teszi számukra, hogy gyorsabban veszítsenek hőt, mint a fehér csempe.

Hogyan működnek

A burkolólapok, amelyek a nyers erő nagy részét elviselik a visszatérés során, szilícium-dioxid-aerogélekből készülnek. Az Orbiter (LI-900 néven ismert) alján használt anyag az 94 térfogatszázalék levegőhihetetlenül könnyűvé téve. A burkolólapokat kifejezetten a hőhatásoknak ellenállnak. Az LI-900 képes 1200 fokra felmelegedni, majd merüljön el hideg vízbe károsodás nélkül. Bár a csempék alacsony sűrűségű és nagy ütésállósággal történő optimalizálása kompromisszumhoz vezet teljes szilárdságában.

A nagy igénybevételnek kitett területek robusztusabb anyagot igényelnek; A nagy igénybevételnek kitett területek robusztusabb anyagot igényelnek; később az anyag által megoldott problémát LI-2200. Az LI-2200 csempéket úgy alakítják át, hogy ellenálljanak a nagyobb erőnek. Az erősebb lapoknak azonban megvannak a hátrányai is. Egy LI-2200 csempe súlya 22 font / köbméter térfogatsűrűség a sokkal könnyebb LI-900-hoz képest, amelynek sűrűsége csak 9 font köbméterenként.

A légkörbe való visszatérés ma

Bár az űrhajósok egy ideje nem jártak a Holdon, és bár az űrsikló programot azóta elhagyták, az űrhajósok rendszeresen látogatják az ISS-t, hogy kísérleteket végezzenek és javításokat végezzenek. Bár az űrhajók megváltoztak, a hazatérő technológiák ugyanazokat az elveket őrzik.

Orion űrhajó

A NASA jelenlegi magnum opusa az Orion űrszonda. A NASA azt ígéri, hogy az űrhajó minden eddiginél messzebbre viszi az embereket, beleértve a Marsot is. Bár az új űrhajó visszatérési rendszereinek teljes átalakítását igényelte.

Míg az űrsiklónak figyelemre méltó TPS-je van, a mérnökök nagyrészt felhagytak az újrafelhasználható hőpajzsok gondolatával az olcsó, könnyen előállítható egyszer használatos csempék mellett.

Az Orion kapszula nem csúszik be, mint az Űrsikló hajdan. Ehelyett ejtőernyőket használnak a biztonságos visszatérés biztosítására a Földre. Az Orion legénységi modulját úgy tervezték, hogy több, mint40 000 km / h.

Az Orion hogyan éli túl a visszatérést

A kapszula aljának nagy felülete az erő tompa működését szolgálja. Az Apollo visszatérő járművekhez hasonlóan az Orion hővédő pajzsát is úgy tervezték, hogy ablálja (szabályozható égés). A pajzs elég aerodinamikus ahhoz, hogy stabil repülési pályát tudjon tartani, ugyanakkor elég tompa ahhoz, hogy az ereszkedést csak 1 500 km / h.

Az ésszerű sebesség elérése után több, alig 2 méter átmérőjű kis ejtőernyő csak 30 km / h-val lassítja a repülőgépet. Innen egy sor nagy ejtőernyő átmérővel7 métereskapszula lassításához 200 km / h éppen 3 kilométer a Föld felszíne felett. Végül három masszív, 35 méter átmérőjű főernyő lassítja az ereszkedést egy túlélhető sebességre. Bár a leszállás nem szép.

Azonban az űrhajósok napjainkban végzett nehéz, félelmetes munkájuk révén az emberiség előrelép a következő óriási ugráshoz. Hamarosan a küldetések messze túlmutatnak az embereken a Föld elérhetőségén kívül, hogy felfedezzék a túlvilági bolygókat.

Írta: Maverick Baker


Nézd meg a videót: Később térnek vissza a Földre az űrhajósok