cs.llcitycouncil.org
Letectví a kosmonautika

Co brání kosmickým lodím v shoření během návratu?

Co brání kosmickým lodím v shoření během návratu?



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.


Dostat astronauty do vesmíru je výzvou pro inženýry s bezprecedentně obtížnými problémy. Ačkoli mohla být kosmická loď prokázána během startu a trvání expozice vesmíru, musí stále snášet jednu z nejnáročnějších výzev všech: reentry. Na konci mise se kosmické lodě znovu dostanou do zemské atmosféry, protože cestují více30 000 km / h. Obrovská rychlost návratového vozidla stlačuje vzduch dole do horké plazmové koule, která obklopuje plavidlo. Bezpečné získání astronautů domů bude vyžadovat jejich ochranu před horkemtisíce stupňů.

Nebezpečí návratu

Archeologové již dlouho chápali, že asteroidy shoří při pádu atmosférou. Tato skutečnost vnesla do vědců po celá desetiletí strach, protože přemýšleli o možnosti konstrukce tak silného vozidla, aby odolalo nebezpečnému prostředí, které reentry vytváří.

Jednou z největších výzev kladených na letecké inženýry je vývoj tepelně ochranného materiálu, který nebude ohrožen ani při tak vysokých teplotách 1700 stupňů Celsia.

Aby se zabránilo preventivnímu vypalování vesmírných lodí, používá se řada systémů tepelné ochrany (TPS). Tepelný štít je primární obranou reentry vozidla proti intenzivnímu teplu, které zažívá při pádu atmosférou.

Katastrofa udeřila

Jednou z těžce naučených lekcí reentry bylo během osudného letu Kolumbie 1. února 2003. Během startu se uvolnil velký kus pěny o velikosti kufříku a způsobil poškození panelu tepelného štítu na levé křídlo. Mise probíhala jako obvykle, dokud při návratu nevstala katastrofa. Přehřátá plazma pronikla do poškozeného křídla a rychle spálila jeho strukturu. Kolumbie bohužel začala nekontrolovatelně padat, což způsobilo její rozpad. V ten den přišlo o život sedm astronautů.

Nešťastná nehoda by však přinutila NASA k přepracování raketoplánu. O více než deset let později NASA implementuje poznatky získané na své nové lodi,Orion.

Předchozí technologie

S kosmickými loděmi s ranou posádkou, včetně Merkuru, Blíženců a Apolla, se během manévrování nedalo manévrovat. Vesmírné kapsle sledovaly balistické trajektorie návratu, než se propadly do oceánu.

Velké tepelné štíty vyrobené z fenolových epoxidových pryskyřic ve voštinové matici z niklové slitiny chránily kapsle během opětovného vstupu. Štíty vydržely neuvěřitelně vysoké rychlosti ohřevu, což je u návratových vozidel nesmírně nutné.

Měsíční mise Apollo představovaly od kapslí velkou inženýrskou překážku, protože se vracely z Měsíce a vstupovaly do atmosféry ve více než 40 000 km / h. Tepelný štít byl schopen ablační nebo spálit char vrstvu kontrolovatelně chránit podkladové vrstvy. Ačkoli byl tepelný štít účinný, byly zde určité kritické nevýhody.

Štíty byly těžké a byly připevněny přímo k vozidlu. Navíc nebyly opakovaně použitelné.

Snad nejpůsobivější systém tepelné ochrany (TPS) patří systému kosmického raketoplánu Space Shuttle. Program raketoplánu vyžadoval zcela přepracovaný tepelný štít. S neuvěřitelně dlouhou životností designu 100 misí, jeho izolace musela nejen dobře fungovat, ale také musela být znovu použitelná. Jeho inženýrský úspěch poskytne inovativní technologie, které se přenesou do další generace vesmírných programů.

Systém tepelné ochrany raketoplánu

Ve vesmíru Orbiter obíhal každý svět 90 minut. Čas ze dne do noci by viděl teplotní výkyvy od -130 stupňů Celsia do téměř 100 stupňů Celsia, natož teploty návratu.

Ačkoli existuje mnoho materiálů, které jsou dostatečně odolné, aby odolaly silám při návratu, jen málo z nich odolá teplu. Během opětovného vstupu Orbiteru dosáhly jeho vnější povrchy extrémních teplot až do 1648 ° C (3000 ° F).

Navzdory extrémnímu teplu, které TPS zažívá, mnoho systémů spolupracuje na udržování vnějšího pláště Orbiteru pod 176 ° C (350 ° F). Ačkoli vnější komponenty mohou přežít stovky stupňů, hliníkový drak letadla vydrží pouze teploty do a maximálně 150 ° C. Teploty mnohem nad prahovou hodnotou způsobí, že rám bude měkký a výsledkem bude kompromit. Zavedené systémy tepelné ochrany zajišťují, že drak nepřekročí tepelnou mez.

Materiály použité k udržení Orbiteru v chladu

První operační orbiter NASA, jinak známý jako Columbia, byl vyroben ze čtyř primárních materiálů. Mezi materiály patří vyztužený uhlík-uhlík (RCC), nízkoteplotní a vysokoteplotní opakovaně použitelné povrchové izolační dlaždice (LRSI a HRSI) a přikrývky FRSI.

Různé části letadla mají různé teploty, a proto vyžadují různé materiály. Části nejvíce vystavené teplu, včetně nosu a spodní strany přístroje Orbiter, jsou vyrobeny z tepelně nejodolnějších materiálů. Náběžné hrany vyžadují dodatečně vyztužený povlak uhlík-uhlík na vysokoteplotní izolační dlaždice.

Ostatní oblasti, včetně většiny trupu, byly pokryty pokročilými flexibilními a opakovaně použitelnými izolační přikrývky.

[Obrázek se svolením NASA]

Všechny součásti, které přicházejí do styku s vnějškem, jsou pokryty vysoce emisivními povlaky, aby bylo zajištěno, že Shuttle odráží většinu tepelného tepla. Rozdíl v barvě však hraje také zásadní roli.

Černé a bílé kameny, i když mají podobné složení, provádějí během reentry různé úkoly. Bílé dlaždice na horním povrchu materiálu si zachovávají vysokou tepelnou odrazivost (tendenci absorbovat minimální teplo). Černé dlaždice jsou místo toho optimalizovány pro maximální emisivitu, což jim umožňuje rychleji ztrácet teplo než bílé dlaždice.

Jak fungují

Dlaždice, které při opětovném vstupu zabírají velkou část hrubé síly, jsou vyrobeny z křemičitých aerogelů. Materiál použitý na spodní straně Orbiteru (známý jako LI-900) je 94 procent objemu vzduchucož je neuvěřitelně lehké. Dlaždice jsou speciálně navrženy tak, aby odolaly teplotním šokům. LI-900 je schopen zahřát na 1200 stupňů, poté se ponoří do studené vody bez poškození. Optimalizace dlaždic s nízkou hustotou a vysokou odolností proti nárazům však vedla ke kompromisu v jejich celkové síle.

Oblasti vysokého namáhání vyžadují robustnější materiál; Oblasti vysokého namáhání vyžadují robustnější materiál; problém později vyřešen materiálem LI-2200. Dlaždice LI-2200 jsou upraveny tak, aby vydržely větší sílu. Silnější dlaždice však mají také své nevýhody. Dlaždice LI-2200 váží Hustota 22 liber na kubickou stopu ve srovnání s mnohem lehčím LI-900 s hustotou pouhých 9 liber na kubickou stopu.

Dnes znovu vstupujeme do atmosféry

Ačkoli astronauti nějakou dobu nenavštívili Měsíc, a přestože byl program raketoplánu od té doby opuštěn, astronauti běžně navštěvují ISS, aby provedli experimenty a opravy. Ačkoli se vesmírné lodě změnily, technologie, které je přinášejí zpět domů, si zachovávají stejné principy.

Kosmická loď Orion

Současným opusem NASA je jejich revoluční kosmická loď Orion. NASA slibuje, že kosmická loď vezme lidi dále než kdykoli předtím, včetně Marsu. I když nová kosmická loď vyžadovala celkovou opravu svých systémů pro návrat.

Zatímco raketoplán má pozoruhodné TPS, inženýři do značné míry upustili od myšlenky opakovaně použitelných tepelných štítů ve prospěch levných, snadno vyrobitelných dlaždic na jedno použití.

Kapsle Orion nevklouzne dovnitř jako kdysi raketoplán. Místo toho se k zajištění bezpečného návratu na Zemi používají padáky. Modul posádky Orionu je navržen tak, aby znovu vstoupil rychlostí vyšší než40 000 km / h.

Jak Orion přežívá při návratu

Velká povrchová část dna tobolky pracuje tak, aby udržela tupou sílu. Stejně jako návratová vozidla Apollo je i Orionův tepelný štít navržen tak, aby ablace (kontrolovatelné hoření). Štít je dostatečně aerodynamický, aby udržoval stabilní dráhu letu, přesto je dostatečně tupý, aby zpomalil sestup na spravedlivou rychlost 500 km / h.

Po dosažení přiměřené rychlosti zpomalí letadlo o pouhých 30 km / h několik malých padáků o průměru něco přes 2 metry. Odtamtud řada velkých padáků o průměrech7 metrůjsou nasazeny ke zpomalení kapsle na 200 km / h prostě 3 kilometry nad povrchem Země. Nakonec tři mohutné hlavní padáky o průměru 35 metrů zpomalují rychlost sestupu na přežití. Přistání však není hezké.

Avšak díky tvrdé skličující práci, kterou dnes astronauti vykonávají, posune lidstvo k dalšímu velkému skoku. Mise brzy zavedou lidi daleko za hranice Země, aby prozkoumali planety z jiných světů.

Napsal Maverick Baker


Podívejte se na video: Psychopatův vrak-Dokument,cz dabing