Ballute (а портманто из баллона и парашют ) является парашют , как устройство торможения , оптимизированную для использования на больших высотах и сверхзвуковых скоростях.
Оригинальная конфигурация баллютов была изобретена в 1948 году компанией Goodyear . Нововведение вскоре привлекло внимание других организаций, включая НАСА ; агентство включило балюты в систему спасения космического корабля Gemini . Впоследствии он нашел широкое применение в аэрокосмическом секторе в качестве средства замедления спуска различных полезных нагрузок, таких как части ракет и атмосферных зондов. В последние десятилетия были выпущены различные предложения, связанные с баллутами, например, по спуску с орбиты / возвращению маломассивных спутников и программ межпланетных исследований.
Дизайн [ править ]
Ballute - это надувное устройство, используемое для создания сопротивления. [1] С точки зрения своей базовой конфигурации, это воздушный шар конической формы с тороидальным бортиком (надутая конструкция, предназначенная для обеспечения разделения потока ), который устанавливается вокруг его самого широкого места. [2] Бортовой барьер стабилизирует баллют, когда он замедляется в различных режимах потока, обычно переходя от более быстрых (даже сверхзвуковых) потоков к дозвуковым. [2] [3] Конструкция баллюта, особенно его каплевидная форма, делает его более подходящим для замедления на экстремальных скоростях, чем обычный парашют. [4]
Балюты можно разделить на три основные конфигурации: это коконные балюты, которые закрывают их полезные нагрузки, прикрепленные балюты, которые прикрепляются непосредственно к основанию их полезных нагрузок, и буксируемые балюты, которые следуют за их полезными грузами. [1] Изотензоидный баллют признан стандартной конфигурацией, хотя были испытаны и другие конструкции. Было предложено, чтобы баллуты могли быть расположены как в стопке тороидальных форм, так и в форм-факторах натяжного конуса. [5] Некоторые конфигурации баллютов предназначены для определенных целей или отраслей, таких как аэрокосмический сектор. [6] [7]
Прикрепив баллон к объекту, сброшенному с воздуха, например к бомбе или аэрокосмической полезной нагрузке, он должен (при условии, что он имеет достаточный размер и правильно развернут) ограничивать скорость снижения, потенциально сводя к минимуму повреждение полезного груза при контакте с ним. земля. [2] [8] Они могут создавать относительно высокое сопротивление для своей массы, что делает их привлекательными в сценариях с ограниченным весом, типичных для аэрокосмических приложений. [1]
Накачивание баллута обычно достигается либо с помощью газогенератора, либо путем нагнетания внешнего воздуха в конструкцию посредством расположения входных отверстий для набегающего воздуха. [2] Конструкция механизма надувания особенно важна для его успешного применения; если входные отверстия слишком малы или слишком мало, баллют не должен сохранять свою форму и разрушаться, в то время как чрезмерный входной поток, вероятно, приведет к избыточному давлению и повышению риска разрыва. [4]Соответственно, баллют должен быть точно спроектирован, чтобы соответствовать условиям окружающей среды, в которых он должен находиться; Точно так же развертывание должно производиться с такой же осторожностью, например, в отношении времени. Неправильное развертывание может привести к отказу, так как чрезмерные силы замедления могут привести к защелкиванию точек крепления и разрыву ткани; спутывание - еще один потенциальный риск. [4] [9]
Приложения [ править ]
Изначально баллют был разработан в ответ на нестабильность первых сверхзвуковых парашютов и оказался привлекательной альтернативой. [1]
Баллют использовался для бомб свободного падения, сбрасываемых с самолета, помогая как замедлить, так и стабилизировать снижение. [1]
Ballute широко используется в аэрокосмической промышленности. [2] Один из самых ранних применений в секторе в качестве одного из элементов оборудования на борту спасательного НАСА «s Gemini космических аппаратов; [10] он также использовался для замедления спуска Arcas , одной из первых американских ракет , к середине 1960-х годов. [11] В течение 1960-х годов агентство провело детальное исследование баллюты как аэродинамической тормозной системы на других планетах, таких как Марс . [2] В фильме 1984 года « 2010: Год, когда мы вступаем в контакт» на « Леонове» используется баллют.космический корабль, чтобы защитить его от эффектов нагрева во время торможения , позволяя Леонову замедлить себя, не расходуя топлива, и установить орбиту вокруг спутника Юпитера Ио . [ необходима цитата ]
В 2000 году Лаборатория реактивного движения НАСА изучала баллют, подчеркивая его потенциал для использования как при аэрозахвате, так и при аэродинамическом торможении . [1] [12] Примерно в тот же период Европейское космическое агентство также оценивало использование надувной защиты как средства облегчения контролируемого входа космических аппаратов в атмосферу. [13]
Различные предлагаемые межпланетные атмосферные зонды включают баллуты; для предполагаемых миссий к Венере они должны действовать не только для контроля входа в атмосферу, но и для обеспечения плавучести полезной нагрузки датчика. [1] [14] Лендеры на Марсе могут также использовать балюты при прямом входе в атмосферу, в то время как балюты в виде коконов могут также использоваться для орбитальных транспортных средств на орбите вокруг Земли . Особенно большие баллуты могут использоваться для целей воздушного захвата планет на различных планетных телах вокруг Солнечной системы . [1] Кроме того, для спуска с орбиты NanoSats были предложены расширенные конструкции с использованием технологии надувного натяжного конуса.и восстановление маломассивных (<1,5 кг или 3,3 фунта) спутников с низкой околоземной орбиты . [5] [15]
В начале 2012 года компания Armadillo Aerospace использовала баллют во время испытаний своей ракеты STIG-A. [16] [17]
В феврале 2015 года датская некоммерческая аэрокосмическая организация Copenhagen Suborbitals проводила испытания баллютов для своих ракет Nexø. [18] В апреле 2018, SpaceX «s Элон Маск твиттер„SpaceX попытается принести верхнюю ступень ракеты обратно от орбитальной скорости , используя гигантский воздушный шар партии.“ [19] Однако план был отменен. В августе 2019 года Питер Бек , основатель Rocket Lab , объявил, что они попытаются восстановить нижнюю ступень своей ракеты Electron, используя баллют для сверхзвукового замедления, что позволит захватить сцену в воздухе с помощью вертолета. [20]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e f g h Холл, Джеффри Л. (2 мая 2000 г.). «Обзор технологии Ballute для захвата планет» (PDF) . Лаборатория реактивного движения .
- ^ a b c d e f Роберт Дж. Мэйхью и Клинтон В. Экстрем (май 1969 г.). «Результаты летных испытаний сверхзвукового развертывания баллонного замедлителя диаметром 18 футов (5,49 метра)» (PDF) . ntrs.nasa.gov. CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Энтони Р. Mastromarino III и Мария-Изабель Carnasciali (2014). "Аэродинамическое исследование баллютов с использованием вычислительной гидродинамики" (PDF) . newhaven.edu. CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ a b c фон Бенгтсон, Кристиан (30 января 2014 г.). «Ублюдок по имени Баллют» . wired.com.
- ^ a b «Система спуска и восстановления NanoSat (DRS) для выполнения новых миссий» . доклад конференции . Малая сб. 2011. 2011 . Проверено 22 января 2012 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Грибель, Ханнес (2011). «Варианты конфигурации космического корабля Ballute» . Vieweg + Teubner.
- ↑ Ян Кларк и Эрих Брандо (29 июня 2019 г.). «Большие сверхзвуковые балюты: испытания и приложения» (PDF) . Лаборатория реактивного движения .
- ^ "Передний край производства сверхзвуковых баллютов" . Копенгагенские суборбитали . Проверено 28 июня 2020 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ «Дроптестинг улучшенного дизайна Ballute» . Копенгагенские суборбитали . Проверено 28 июня 2020 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ «Набор достижений» . hq.nasa.gov . Проверено 28 июня 2020 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ↑ JJ Graham, Jr. (декабрь 1965 г.). "Разработка Ballute для замедления ракетных зонд Arcas" (PDF) . Кембриджские исследовательские лаборатории ВВС.
- ^ Кристенсен, Билл (21 апреля 2009 г.). «Баллютес, изученный для гиперзвуковых космических аппаратов» . space.com.
- ^ Л. Марраффа, Д. Кассинг, П. Баглиони, Д. Уайлд, С. Вальтер, К. Питчхадзе и В. Финченко (август 2000 г.). "Технологии надувного возвращения в атмосферу: демонстрация полета и перспективы на будущее" (PDF) . Европейское космическое агентство . CS1 maint: uses authors parameter (link)
- ^ Kristin L. (Gates) Медлок, Джеймс М. Longuski, Дэниел Т. Lyons (2005). «Баллют двойного назначения для входа и спуска во время планетарных миссий» (PDF) . engineering.purdue.edu. CS1 maint: uses authors parameter (link)
- ^ "Прикрепленный надувной баллют для замедления космического корабля" . IEE Xplore. Февраль 2000 г.
- ^ «Армадилло запускает ракету STIG-A - захватывает потрясающее изображение Баллута» . Проверено 17 июля 2012 года . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ «Система возврата - система восстановления CubeSat» . Эндрюс Спейс. 2008. Архивировано из оригинала на 1 января 2012 года . Проверено 24 декабря 2011 года . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ "Скорость деформации, мистер Зулу!" (на датском). Ingeniøren . 25 февраля 2015 года . Проверено 22 апреля 2018 года . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ↑ Илон Маск (16 апреля 2018 г.). «SpaceX попытается вернуть разгонный блок ракеты с орбитальной скорости с помощью гигантского воздушного шара» . Twitter .
- ^ "Может ли Rocket Lab действительно поймать ракету вертолетом ?!" . Повседневный космонавт . 10 августа 2019 . Проверено 15 октября 2019 .
Внешние ссылки [ править ]
- Ballute на parachutehistory.com
- Новости Ballute на scitechdaily.com
