Cum aterizează rachetele pe pământ? Tehnologia uimitoare implicată

Oceanul este un cimitir de rachete. Resturile de la mii de rachete arse, sateliți și navete aruncă fundul oceanului. Reutilizarea rachetelor înseamnă mai puține deșeuri, costuri mai mici și capacitatea de a reveni dintr-o destinație mult mai ușor.

Vederea navelor spațiale aterizând și decolând ușor este ceva ce am văzut de o mie de ori în filme. Acum o vedem și în viața reală. SpaceX a lansat și a aterizat cu succes peste 50 de rachete de când au început să încerce în 2015.

Deci, cum pot rachetele să aterizeze pe Pământ? Acest articol va acoperi tehnologia incredibilă care se află în spatele rachetelor refolosibile.

Provocările rachetelor de aterizare

Există mai multe provocări cu rachetele de aterizare, chiar și atunci când sunt doar parțial reutilizabile.

• Combustibil: Pentru a scăpa de atmosfera Pământului, este necesară o rachetă pentru a atinge o incredibilă 17.500 mile pe oră, cunoscută și sub numele de viteza de evacuare. Acest lucru necesită o cantitate colosală de combustibil. Combustibilul este de obicei oxigen lichid incredibil de scump. Pentru a ateriza cu succes o rachetă, este nevoie de combustibil în rezervă.
  instagram viewer
• Protectie termala: Pentru o adevărată reutilizare, întreaga rachetă trebuie să fie prevăzută cu protecție termică, ceva lăsat de obicei doar pentru partea care va cădea înapoi pe Pământ. Acest lucru împiedică deteriorarea sau distrugerea părților rachetei la reintrarea în atmosfera Pământului. Acest lucru este valabil și pentru rachete îndreptate spre Marte.
• Tren de aterizare: Racheta necesită și tren de aterizare. Acest lucru trebuie făcut cât mai ușor posibil, menținând în același timp puterea necesară pentru a susține racheta masivă (Falcon 9, una dintre rachetele SpaceX, cântărește 550 de tone).
• Greutate: Cu cât este mai grea o navă spațială, cu atât este nevoie de mai mult combustibil și cu atât va fi mai greu de reintrat. Rezervoarele goale de combustibil adaugă greutate și greutate rachetei, motiv pentru care rezervoarele de combustibil sunt de obicei scăpate și lăsate să ardă în atmosferă. Mai mult, protecția termică și trenul de aterizare vor adăuga ambele o greutate semnificativă.

După cum am menționat, SpaceX a reușit această ispravă incredibilă de multe ori acum. Deci, care este tehnologia uimitoare din spatele rachetelor reutilizabile?

printare 3d

Imprimarea 3D este revoluționează industriile pe tot globul, nu în ultimul rând tehnologia din spatele rachetelor. De fapt, unele rachete sunt acum aproape în întregime imprimate 3D.

Un avantaj al imprimării 3D este că inginerii pot produce mai puține piese în ansamblu. Piesele tipărite pot fi mult mai complexe și nu au nevoie de instrumente de fabricație scumpe și unice pentru fiecare piesă. Acest lucru reduce costurile construirii rachetelor și crește eficiența procesului de fabricație.

Imprimarea 3D a rezervoarelor de combustibil înseamnă că nu aveți nevoie de cusături în metal - un punct slab tipic care poate provoca probleme în rachete. Un alt avantaj major al imprimării 3D este capacitatea de a produce piese optice din materiale ușoare, reducând greutatea totală a rachetelor.

Retropropulsie și îndrumare

Pentru ca o rachetă să aterizeze, forța retrogradă trebuie să fie mai mare decât greutatea rachetei. De asemenea, trebuie să fie vectorizat, ceea ce înseamnă că forța este direcțională și poate fi utilizată pentru a stabiliza coborârea rachetei.

Pentru ca retropropulsia să stabilizeze racheta, trebuie să aibă informații foarte precise despre poziția, altitudinea și unghiul rachetei. Acest lucru necesită sisteme de înaltă tehnologie care să ofere măsurători precise, în timp real, cu feedback direct către propulsoare. Acestea se numesc sisteme de control al reacției (RCS).

Sisteme de control al reacției

Un RCS oferă cantități mici de împingere în mai multe direcții pentru a controla altitudinea și rotația rachetei. Luați în considerare faptul că rotația poate include rulare, pitch și găleată și că RCS va trebui să prevină toate acestea simultan, controlând în același timp coborârea rachetei.

RCS utilizează mai multe propulsoare poziționate într-o configurație optimă în jurul rachetei. Principala provocare a propulsoarelor este asigurarea conservării combustibilului.

Un exemplu este sistemul de rachete Merlin al SpaceX. Aceasta este o suită de 10 motoare separate, controlate de un sistem de control triplu redundant. Fiecare dintre cele 10 motoare are o unitate de procesare și fiecare unitate de procesare utilizează trei calculatoare care se monitorizează constant reciproc pentru a reduce drastic șansele de erori.

Motorul Merlin folosește RP-1 (kerosen foarte rafinat) și oxigen lichid ca propulsori. Cea mai recentă versiune a motorului poate accelera (controlând puterea pe care o folosește) până la 39% din tracțiunea sa maximă, ceea ce este esențial pentru controlul la nivel înalt la aterizarea rachetei.

Aripioare cu grilă

Aripioarele de rețea sunt folosite pentru a ghida rachete refolosibile, cum ar fi Falcon 9, în poziția lor de aterizare. Inventate în anii 50, aripioarele de rețea au fost utilizate în mai multe rachete.

Aripioarele cu rețea au aspectul de mashers de cartofi care se scot într-un unghi perpendicular de rachetă. Sunt folosite deoarece permit un nivel ridicat de control asupra zborului cu rachete la viteze hipersonice și supersonice. În contrast, aripile tradiționale provoacă unde de șoc și măresc rezistența la aceste viteze mult mai mari.

Deoarece aripioarele de rețea permit fluxul de aer prin aripă în sine, are o rezistență mult mai redusă, în timp ce racheta poate fi rotită sau stabilizată rotind sau aruncând aripa la fel ca o aripă, dar mai eficient.

Un alt motiv pentru care sunt utilizate amenzile de rețea este că, cu rachetele reutilizabile, acestea zboară tehnic înapoi atunci când aterizează. Aceasta înseamnă că capetele din față și din spate ale rachetei trebuie să fie destul de asemănătoare, astfel încât să poată fi controlate în ambele direcții.

Tren de aterizare

Evident, o rachetă reutilizabilă va avea nevoie de un fel de tren de aterizare. Acestea trebuie să fie suficient de ușoare pentru a nu crește drastic cantitatea de combustibil necesară pentru zbor și reintrare, dar și suficient de puternice pentru a menține greutatea rachetei.

În prezent, rachetele SpaceX folosesc 4 picioare de aterizare care sunt pliate pe corpul rachetei în timpul zborului. Acestea se pliază apoi utilizând gravitația înainte de aterizare.

Dar, în ianuarie 2021, Elon Musk a declarat că pentru cea mai mare rachetă SpaceX vreodată, boosterul Super Heavy, vor avea ca scop „prinderea” rachetei folosind brațul turnului de lansare. Acest lucru va reduce greutatea rachetei, deoarece nu va mai avea nevoie de picioare de aterizare.

Aterizarea în turnul de lansare înseamnă, de asemenea, că racheta nu va trebui transportată pentru reutilizare. În schimb, va trebui doar să fie reamenajat și alimentat acolo unde este.

Asta nu este totul

Rachetele decolează și zboară în spațiu de zeci de ani, dar pentru a le întoarce în siguranță pe Pământ pentru reutilizare a necesitat multe descoperiri tehnologice.

Nu am putut acoperi toată tehnologia uimitoare utilizată în rachetele care pot ateriza pe Pământ, dar sperăm că ați aflat ceva nou în acest articol! Tehnologia zborurilor spațiale se extinde rapid și este interesant să luăm în considerare ceea ce ar putea fi posibil în câțiva ani.

Cum să vizionați lansarea SpaceX în direct

Vrei să prinzi următorul zbor SpaceX în spațiu? Aici puteți urmări următoarea lansare.

Citiți în continuare

Despre autor