Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Аэрооболочка Viking 1

AeroShell представляет собой жесткие тепло экранированных оболочек , которая помогает замедлить и защищает космический корабль транспортного средство от давления, тепла и возможного мусора , создаваемого сопротивлением во время входа в атмосфере (см тупой теории тела ). Его основные компоненты состоят из теплозащитного экрана (носовой части) и задней части корпуса. Тепловой экран поглощает тепло, вызванное сжатием воздуха перед космическим кораблем во время его входа в атмосферу. Задняя оболочка несет доставляемый груз, а также важные компоненты, такие как парашют , ракетные двигатели и контрольную электронику, такую ​​как инерциальный измерительный блок. который контролирует ориентацию снаряда при спуске с парашютом.

Его назначение используется во время EDL или входа, спуска и посадки., процесс полета космического корабля. Во-первых, аэрооболочка замедляет космический корабль, когда он проникает в атмосферу планеты. Тепловой экран поглощает возникающее трение. Во время спуска парашют раскрывается, и теплозащитный экран снимается. Ракеты, расположенные в задней части корпуса, инициируются, чтобы помочь уменьшить спуск космического корабля. Подушки безопасности также надуваются, чтобы смягчить удар. Космический корабль отскакивает от поверхности планеты сразу после первого удара. Лепестки посадочного модуля космического корабля раскрываются после спуска и втягивания подушек безопасности. Связь на протяжении всего этого процесса передается назад и вперед от центра управления полетом и реального космического корабля через антенны с низким коэффициентом усиления, которые прикреплены к задней части корпуса и на нем. На этапах входа, спуска и посадкитональные сигналы отправляются обратно на землю, чтобы сообщить об успехе или неудаче каждого из этих критических шагов.[1]

Аэрооболочки - ключевой компонент космических зондов, которые должны неповрежденными приземлиться на поверхность любого объекта с атмосферой . Они использовались во всех миссиях по возврату полезных грузов на Землю (если считать систему тепловой защиты космического корабля «Шаттл» за аэрооболочку). Они также используются для всех миссий по высадке на Марс, Венеру, Титан и (в самом крайнем случае) зонда Галилео на Юпитер.

Компоненты [ править ]

Аэрооболочка состоит из двух основных компонентов: теплового экрана , или носовой части, который расположен в передней части аэродинамической оболочки, и задней оболочки, которая расположена в задней части аэродинамической оболочки. [2] Тепловой экран аэрооболочки обращен в направлении тарана (вперед) во время входа космического корабля в атмосферу, позволяя ему поглощать высокую температуру, вызванную сжатием воздуха перед ним. Backshell действует как финализатор для инкапсуляции полезной нагрузки. Кожух обычно содержит парашют , пиротехнические устройства вместе с их электроникой и батареями, инерциальный измерительный блок и другое оборудование, необходимое для входа, спуска и посадки конкретной миссии. [2]Парашют расположен на вершине задней части корпуса и замедляет космический корабль во время EDL. Система пиротехнического управления выпускает такие устройства, как гайки, ракеты и парашютный миномет. Инерциальный измерительный блок сообщает об ориентации задней части корпуса, когда она покачивается под парашютом. Задвижки, если они есть, могут помочь в конечном спуске и посадке космического корабля; в качестве альтернативы или дополнения посадочный модуль может иметь ретроковые ракеты, установленные на его собственном корпусе для использования в терминале спуска и посадки (после того, как задняя часть была выброшена за борт). Другие ракеты могут быть оборудованы для обеспечения горизонтальной силы задней части корпуса, помогая ориентировать ее в более вертикальное положение во время горения основной ретракетной ракеты. [3]

Факторы дизайна [ править ]

Задача миссии космического корабля определяет, какие требования к полету необходимы для обеспечения успеха миссии. Эти требования к полету включают замедление , нагрев, точность удара и приземления. Космический корабль должен иметь достаточно низкое максимальное значение замедления, чтобы сохранить самые слабые места его корабля, но достаточно высокое, чтобы проникать в атмосферу без отскока. Конструкция космического корабля и масса полезной нагрузки влияют на то, какое максимальное замедление он может выдержать. Эта сила представлена ​​буквой g или ускорением свободного падения Земли.. Если его структура достаточно хорошо спроектирована и изготовлена ​​из прочного материала (например, стали), то она может выдерживать большее количество перегрузок. Однако необходимо учитывать полезную нагрузку. Тот факт, что конструкция космического корабля может выдерживать высокие перегрузки, не означает, что его полезная нагрузка может. Например, полезная нагрузка космонавтов может выдержать только 12 г, или в 12 раз больше их веса. Значения, превышающие этот базовый уровень, приведут к смерти. Он также должен выдерживать высокие температуры, вызванные огромным трением, возникающим при входе в атмосферу с гиперзвуковой скоростью. Наконец, он должен иметь возможность проникать в атмосферу и точно приземляться на местности, не пропуская цель. Более ограниченная зона приземления требует более строгой точности. В таких случаях космический корабль будет более обтекаемым.и обладают более крутым углом траектории входа в атмосферу. Эти факторы в совокупности влияют на коридор входа в атмосферу, область, в которой космический корабль должен перемещаться, чтобы избежать сгорания или отскока от атмосферы. Все вышеперечисленные требования выполняются за счет рассмотрения, проектирования и корректировки конструкции и траектории космического корабля.

На общую динамику аэрооболочек влияют силы инерции и сопротивления, как это определено в этом уравнении: ß = m / CdA, где m определяется как масса аэрооболочки и соответствующие ей нагрузки, а CdA определяется как величина силы сопротивления аэростатической оболочки. может генерироваться в состоянии набегающего потока. В целом β определяется как масса, деленная на силу сопротивления (мас. Более высокая масса на единицу площади лобового сопротивления приводит к тому, что вход, спуск и посадка аэрозольной оболочки происходят в низких и плотных точках атмосферы, а также сокращаются возможности по высоте и запас по времени для посадки. Факторы, которые увеличиваются во время EDL, включают тепловую нагрузку и скорость, которые заставляют систему принудительно адаптироваться к увеличению тепловых нагрузок. Эта ситуация снижает полезную массу приземления при входе, спуске и т. Д.и посадки, так как увеличение тепловой нагрузки приводит к более тяжелой опорной конструкции и системы тепловой защиты (TPS) от AeroShell. Также необходимо учитывать статическую устойчивость, поскольку необходимо поддерживать высоту с большим сопротивлением. Вот почему требуется стреловидная аэрооболочечная передняя часть, а не тупая; предыдущая форма обеспечивает существование этого фактора, но также уменьшает площадь перетаскивания. Таким образом, возникает компромисс между сопротивлением и стабильностью, влияющий на конструкцию формы аэрооболочки. Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению также является еще одним фактором, который необходимо учитывать. Идеальный уровень соотношения подъемной силы и сопротивления не равен нулю.Вот почему требуется стреловидная аэрооболочечная передняя часть, а не тупая; предыдущая форма обеспечивает существование этого фактора, но также уменьшает площадь перетаскивания. Таким образом, возникает компромисс между сопротивлением и стабильностью, влияющий на конструкцию формы аэрооболочки. Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению также является еще одним фактором, который необходимо учитывать. Идеальный уровень соотношения подъемной силы и сопротивления не равен нулю.Вот почему требуется стреловидная аэрооболочечная передняя часть, а не тупая; предыдущая форма обеспечивает существование этого фактора, но также уменьшает площадь перетаскивания. Таким образом, возникает компромисс между сопротивлением и стабильностью, влияющий на конструкцию формы аэрооболочки. Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению также является еще одним фактором, который необходимо учитывать. Идеальный уровень соотношения подъемной силы и сопротивления не равен нулю.[4]

Планетарная парашютная программа [ править ]

USAF Aeroshell "Летающая тарелка" на всеобщем обозрении в ракетном парке на Ракетном полигоне Уайт-Сэндс .

Аэрозольная оболочка NASA Planetary Entry Parachute Program (PEPP), испытанная в 1966 году, была создана для испытания парашютов для программы посадки Voyager Mars. Чтобы смоделировать тонкую марсианскую атмосферу, парашют нужно было использовать на высоте более 160 000 футов над Землей. Воздушный шар запущен из Розуэлла, Нью - Мексико был использован для первоначального подъема AEROSHELL. Затем аэростат направился на запад к ракетному полигону Уайт-Сэндс , где транспортное средство было сброшено, и двигатели под ним разогнали его до необходимой высоты , на которой был развернут парашют .

Позже программа "Вояджер" была отменена, и несколько лет спустя ее заменила гораздо меньшая программа "Викинг" . НАСА повторно использовало название " Вояджер" для зондов " Вояджер-1" и " Вояджер-2" для внешних планет, что не имело никакого отношения к программе " Марс Вояджер" .

Сверхзвуковой замедлитель низкой плотности [ править ]

Низкая плотность Сверхзвуковой Decelerator или LDSD пространства транспортного средство , предназначенное для создания сопротивления атмосферы для того , чтобы замедлить во время записи через атмосферу планеты. [5] По сути, это транспортное средство в форме диска, внутри которого находится надувной воздушный шар в форме пончика. Использование этого типа системы может позволить увеличить полезную нагрузку.

Он предназначен для замедления космического корабля перед посадкой на Марс . Это делается путем надувания воздушного шара вокруг транспортного средства для увеличения площади поверхности и создания атмосферного сопротивления . После достаточного замедления парашют на длинном тросе раскрывается для дальнейшего замедления транспортного средства.

Транспортное средство разрабатывается и испытывается Лабораторией реактивного движения НАСА . [6] Марк Адлер - руководитель проекта. [7]

Испытательный полет в июне 2014 г. [ править ]

Воспроизвести медиа
Видео испытательного полета 2014 г.

Испытательный полет состоялся 28 июня 2014 года, когда испытательная машина была запущена с Тихоокеанского ракетного полигона ВМС США в Кауаи , Гавайи, в 18:45 UTC (08:45 по местному времени). [7] Высотный гелиевый шар, который при полном надувании имеет объем 1 120 000 кубических метров (39 570 000 кубических футов), [6] поднял транспортное средство на высоту примерно 37 000 метров (120 000 футов). [8] Автомобиль оторвался в 21:05 UTC (11:05 по местному времени), [7] и четыре небольших твердотопливных ракетных двигателя раскрутили его для обеспечения устойчивости. [8]

Через полсекунды после раскрутки загорелся твердотопливный двигатель Star 48B , разогнав машину до 4 Маха на высоте примерно 55 000 метров (180 000 футов). [8] Сразу после сгорания ракеты еще четыре ракетных двигателя уничтожили машину. [6] При замедлении до 3,8 Маха развернулся 6-метровый (20 футов) трубчатый сверхзвуковой надувной аэродинамический замедлитель (конфигурация SIAD-R). [8] SIAD предназначен для увеличения атмосферного сопротивления транспортного средства за счет увеличения площади его передней стороны, тем самым увеличивая скорость замедления. [9]

После замедления до 2,5 Маха (примерно 107 секунд после развертывания SIAD [6] ) парашют Supersonic Disk Sail (SSDS) был развернут для дальнейшего замедления транспортного средства. [8] Этот парашют имеет диаметр 33,5 метра (110 футов), что почти в два раза больше, чем тот, который использовался для миссии Марсианской научной лаборатории . [10] Однако после развертывания он начал разрываться, [11] и машина врезалась в Тихий океан в 21:35 UTC (11:35 по местному времени) со скоростью от 32 до 48 километров в час (от 20 до 30 миль в час). [7] [12] Восстановлено все оборудование и регистраторы данных . [9] [12]Несмотря на инцидент с парашютом, миссия была признана успешной; основная цель заключалась в подтверждении летной пригодности испытательного аппарата, тогда как SIAD и SSDS были второстепенными экспериментами. [9]

Испытательные полеты 2015 г. [ править ]

Еще два испытательных полета LDSD состоятся в середине 2015 года на Тихоокеанском ракетном полигоне. Они будут сосредоточены на технологиях SIAD-E и SSDS на высоте 8 метров (26 футов) с учетом уроков, извлеченных в ходе испытаний 2014 года. [12] Планируемые изменения парашюта включают округлую форму и усиление конструкции. [11] Вскоре после входа парашют оторвался. [13]

Галерея [ править ]

  • Впечатление художника от орбитального аппарата "Викинг", выпускающего посадочный модуль в аэрозольной оболочке ( Дон Дэвис ).

  • Гигантский тепловой щит Марсианской научной лаборатории .

  • Деталь теплозащитного экрана Аполлона-12 на выставке в Музее авиации и космонавтики Вирджинии .

  • 33,5-метровый сверхзвуковой парашют с кольцевым парусом

  • 6-метровый SIAD-R

  • 8-метровый SIAD-E

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Возвращение из космоса: Повторный вход" (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации . Министерство транспорта США . Архивировано 19 марта 2015 года из оригинального (PDF) . Проверено 12 апреля 2015 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  2. ^ а б "Аэрооболочки: Сохранение безопасности космического корабля" . Локхид Мартин . Проверено 2 декабря 2019 .
  3. ^ "Миссия марсохода исследования Марса: Миссия" . mars.nasa.gov . Проверено 2 декабря 2019 .
  4. ^ «Оптимизация формы аэрооболочек с гиперзвуковым входом» (PDF) . Исследование Солнечной системы . НАСА . Архивировано из оригинального (PDF) 27 апреля 2015 года . Проверено 12 апреля 2015 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ Эрдман, Шелби Лин; Ботельо, Грег (29 июня 2014 г.). «НАСА испытывает летающую тарелку для будущего пилотируемого полета на Марс» . CNN.com . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ^ a b c d "Пресс-кит: сверхзвуковой замедлитель низкой плотности (LDSD)" (PDF) . NASA.gov . Май 2014 . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  7. ^ a b c d Карни, Эмили (1 июля 2014 г.). "Испытательный полет сверхзвукового замедлителя низкой плотности НАСА был признан успешным" . AmericaSpace . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  8. ^ Б с д е Parslow, Мэтью (28 июня, 2014). «LDSD проходит испытания основной технологии, но страдает отказом парашюта» . НАСА космический полет . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  9. ^ a b c Маккиннон, Мика (29 июня 2014 г.). «Успешный первый полет испытательной машины« Блюдце »над Гавайями» . io9.com . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  10. Рианна Чанг, Алисия (1 июня 2014 г.). «НАСА испытает на Земле гигантский марсианский парашют» . Обзорный журнал Лас-Вегаса . Ассошиэйтед Пресс . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  11. ^ a b Бойл, Алан (8 августа 2014 г.). «Видео с летающей тарелкой показывают, что сработало, а что нет» . NBC News . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  12. ^ a b c Розен, Джулия (30 июня 2014 г.). «Испытание Марса NASA прошло успешно. Теперь осваиваем парашют» . Лос-Анджелес Таймс . Проверено 12 августа 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  13. Рианна Оллман, Тим (9 июня 2015 г.). «Парашют НАСА« летающая тарелка »не прошел испытания» . BBC . Проверено 9 июня 2015 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  • «Локхид Мартин разработает аэрооболочек для научной лаборатории Марса» . Mars Daily . 2006-03-30 . Проверено 17 февраля 2007 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

«Для экономии топлива в космосе инженеры НАСА предписывают аэрозахват» . НАСА . 2006-08-17 . Проверено 17 февраля 2007 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

  • Путеводитель по космическому путешествию
  • Машины раннего возвращения: тупые тела и аблятивы
  • Аксдал, Эрик; Cruz, Juan R .; Шененбергер, Марк; Уилхайт, Алан. "Динамика полета аэродинамической оболочки с использованием прикрепленного надувного аэродинамического замедлителя" (PDF) . NASA.gov . Американский институт аэронавтики и астронавтики . Проверено 12 апреля 2015 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )