Aeroshell - Aeroshell

Viking 1 aeroshell

Bir Aeroshell katı ısı korumalı Bir uzay aracı aracını yavaşlatmaya yardımcı olan ve basınç, ısı ve olası enkazdan koruyan kabuk sürüklemek sırasında atmosferik giriş (görmek kör cisim teorisi ). Ana bileşenleri aşağıdakilerden oluşur: ısı kalkanı (ön vücut) ve bir arka kabuk. Isı kalkanı, atmosfere girişi sırasında uzay aracının önünde hava sıkışmasının neden olduğu ısıyı emer. Arka kabuk, teslim edilen yükü ve aşağıdakiler gibi önemli bileşenleri taşır. paraşüt, roket motorları ve elektronikleri bir Atalet ölçü birimi Paraşütle yavaşlayan iniş sırasında kabuğun yönünü izleyen.

Amacı EDL sırasında kullanılır veya Giriş, İniş ve İniş, bir uzay aracının görev süreci. İlk olarak, aeroshell, gezegenin atmosferine girerken uzay aracını yavaşlatıyor. Isı kalkanı ortaya çıkan sürtünmeyi emer. İniş sırasında paraşüt açılır ve ısı kalkanı ayrılır. Arka kabukta bulunan roketler, uzay aracının inişinin azalmasına yardımcı olmak için başlatılır. Çarpmayı hafifletmek için hava yastıkları da şişirilir. Uzay aracı, ilk çarpışmanın hemen ardından gezegenin yüzeyinde zıplıyor. Uzay aracının kara aracı yaprakları, hava yastıkları söndükten ve geri çekildikten sonra açılır. Tüm bu süreç boyunca iletişim, arka kabuğa ve kendi üzerine takılan düşük kazançlı antenler aracılığıyla görev kontrolünden ve gerçek uzay aracından ileri geri aktarılır. Giriş, iniş ve iniş aşamaları boyunca, bu kritik adımların her birinin başarısını veya başarısızlığını iletmek için tonlar dünyaya geri gönderilir.[1]

Aeroshell'ler, herhangi bir nesnenin yüzeyine sağlam bir şekilde inmesi gereken uzay sondalarının önemli bir bileşenidir. atmosfer. Yükleri Dünya'ya döndüren tüm görevlerde kullanılmışlardır (eğer biri sayılırsa) Uzay Mekiği termal koruma sistemi aeroshell olarak). Ayrıca Mars, Venüs'e yapılan tüm iniş görevlerinde kullanılırlar. titan ve (en uç durumda) Galileo sondası Jüpiter'e.

Bileşenler

Aeroshell iki ana bileşenden oluşur: ısı kalkanı veya aeroshell'in önünde bulunan ön gövde ve aeroshell'in arkasında bulunan arka kabuk.[2] Aeroshell'in ısı kalkanı, bir uzay aracının atmosferik girişi sırasında koç yönüne (ileri) bakar ve aracın önündeki havanın sıkıştırılmasından kaynaklanan yüksek ısıyı emmesine izin verir. Arka kapak, yükün kapsüllenmesi için bir sonlandırıcı görevi görür. Arka kabuk tipik olarak bir paraşüt, piroteknik cihazları ve pilleri ile birlikte Atalet ölçü birimi ve belirli görevin girişi, inişi ve iniş sırası için gerekli diğer donanımlar.[2] Paraşüt arka kabuğun tepesinde bulunur ve EDL sırasında uzay aracını yavaşlatır. Piroteknik kontrol sistemi, fındık, roket ve paraşüt havanı gibi cihazları serbest bırakır. Eylemsizlik ölçüm birimi, paraşütün altında sallanırken arka kabuğun yönünü bildirir. Yeniden roketler varsa, uzay aracı aracının terminal alçalmasına ve inmesine yardımcı olabilir; alternatif olarak veya ek olarak, bir iniş aracı, terminal iniş ve iniş kullanımı için kendi gövdesi üzerine monte edilmiş geri çekmecelere sahip olabilir (arka kabuk atıldıktan sonra). Diğer roketler arka kabuğa yatay kuvvet sağlamak için donatılabilir ve bu da ana geri çekme roket yanması sırasında onu daha dikey bir konuma yönlendirmeye yardımcı olabilir.[3]

Tasarım faktörleri

Bir uzay aracının görev hedefi, görevin başarısını sağlamak için hangi uçuş gereksinimlerinin gerekli olduğunu belirler. Bu uçuş gereksinimleri yavaşlama, ısıtma ve çarpma ve iniş doğruluğu. Bir uzay aracı, aracının en zayıf noktalarını sağlam tutmak için yeterince düşük ancak geri tepmeden atmosfere nüfuz edecek kadar yüksek bir maksimum yavaşlama değerine sahip olmalıdır. Uzay aracı yapısı ve yük kütle, ne kadar maksimum yavaşlamaya dayanabileceğini etkiler. Bu kuvvet "g" ile temsil edilir veya Dünyanın yerçekimi ivmesi. Yapısı yeterince iyi tasarlanmışsa ve sağlam malzemeden (çelik gibi) yapılmışsa, o zaman daha yüksek miktarda g'ye dayanabilir. Ancak, yükün dikkate alınması gerekir. Uzay aracının yapısının yüksek g'lere dayanabilmesi, taşıyabileceği anlamına gelmez. Örneğin, bir astronot yükü yalnızca 12 gram veya ağırlıklarının 12 katına dayanabilir. Bu temelden daha fazla olan değerler ölüme neden olacaktır. Ayrıca, atmosfere hipersonik hızda girmekten kaynaklanan muazzam sürtünmenin neden olduğu yüksek sıcaklığa da dayanabilmelidir. Son olarak, hedefini kaçırmadan bir atmosfere nüfuz edebilmeli ve bir araziye doğru bir şekilde inebilmelidir. Daha dar bir iniş alanı daha kesin doğruluk gerektirir. Bu gibi durumlarda, bir uzay aracı daha fazla olacaktır. aerodinamik ve daha dik bir yeniden giriş yörünge açısına sahip. Bu faktörler, bir atmosferin yanmasını veya geri tepmesini önlemek için bir uzay aracının seyahat etmesi gereken alan olan yeniden giriş koridorunu etkileyecek şekilde bir araya gelir.Yukarıdaki tüm bu gereklilikler, bir uzay aracının dikkate alınması, tasarımı ve ayarlanması yoluyla karşılanır. yapı ve yörünge.

Aeroshelllerin genel dinamikleri, atalet ve sürükleme kuvvetlerinden etkilenir, bu denklemde tanımlandığı gibi: ß = m / CdA burada m, aeroshell'in kütlesi ve ilgili yükler olarak tanımlanır ve CdA, bir aeroshell sürükleme kuvveti miktarı olarak tanımlanır. serbest akış koşulu sırasında üretilebilir. Genel olarak, β, kütlenin sürükleme kuvvetine bölünmesi olarak tanımlanır (birim sürükleme alanı başına mas). Birim sürükleme alanı başına daha yüksek bir kütle, hava hücresine giriş, alçalma ve inişin atmosferin alçak ve yoğun noktalarında gerçekleşmesine neden olur ve ayrıca irtifa kabiliyetini ve iniş için zaman çizelgesi marjını azaltır. EDL sırasında artan faktörler, sistemin termal yüklerdeki artışa zorla uyum sağlamasına neden olan ısı yükü ve oranını içerir. Bu durum, iniş, iniş ve iniş gibi yararlı yere iniş kabiliyetini azaltır çünkü termal yükteki bir artış, daha ağır bir destek yapısına ve aeroshell'in termal koruma sistemine (TPS) yol açar. Yüksek sürtünme yüksekliğini korumak gerektiğinden, statik stabilite de dikkate alınmalıdır. Bu nedenle, keskin olmayan bir alnın aksine süpürülmüş bir aeroshell alnı gereklidir; önceki şekil bu faktörün varlığını sağlar ama aynı zamanda sürükleme alanını da azaltır. Bu nedenle, hava kabuğunun şeklinin tasarımını etkileyen sürtünme ve stabilite arasında sonuçta bir değiş tokuş vardır. Kaldırma-sürükleme oranı da dikkate alınması gereken başka bir faktördür. Kaldır-sürükleme oranı için ideal seviye sıfır değildir.[4]

Gezegen Giriş Paraşüt Programı

USAF Aeroshell "Flying Saucer", ABD'deki Missile Park'ta halka açık sergileniyor. White Sands Füze Menzili.

NASA 1966'da test edilen Gezegen Giriş Paraşüt Programı (PEPP) aeroshell, test etmek için oluşturuldu paraşüt için Voyager Mars iniş programı. İnce Mars atmosferini simüle etmek için paraşütün bir anda kullanılması gerekiyordu. rakım Dünya'nın 160.000 feet üzerinde. Bir balon -dan başlatıldı Roswell, New Mexico başlangıçta aeroshell'i kaldırmak için kullanıldı. balon sonra batıya sürüklendi White Sands Füze Menzili, aracın düştüğü ve aracın altındaki motorların gerekli seviyeye yükselttiği rakım, nerede paraşüt konuşlandırıldı.

Voyager programı daha sonra iptal edildi, çok daha küçük olanla değiştirildi. Viking programı birkaç yıl sonra. NASA yeniden kullandı Voyager için isim Voyager 1 ve Voyager 2 ile hiçbir ilgisi olmayan dış gezegenlere sondalar Mars Voyager programı.

Düşük Yoğunluklu Süpersonik Yavaşlatıcı

Düşük Yoğunluklu Süpersonik Yavaşlatıcı veya LDSD yaratmak için tasarlanmış bir uzay aracıdır atmosferik sürüklenme bir gezegenin atmosferine girerken yavaşlamak için.[5] Esasen, dış tarafında şişirilebilir, halka şeklinde bir balon içeren disk şeklinde bir araçtır. Bu tür bir sistemin kullanılması, yükte bir artışa izin verebilir.

Bir yardım için kullanılması amaçlanmıştır. uzay aracı yavaşlatmak inmeden önce Mars. Bu, yüzey alanını arttırmak ve oluşturmak için balonun aracın etrafına şişirilmesiyle yapılır. atmosferik sürüklenme. Yeterli yavaşlamadan sonra, aracı daha da yavaşlatmak için uzun bir ip üzerindeki bir paraşüt açılır.

Araç, NASA tarafından geliştiriliyor ve test ediliyor. Jet Tahrik Laboratuvarı.[6] Mark Adler proje yöneticisi.[7]

Haziran 2014 test uçuşu

2014 test uçuşunun videosu

Test uçuşu 28 Haziran 2014'te gerçekleştirildi ve test aracı Amerika Birleşik Devletleri Donanması'ndan fırlatıldı. Pacific Missile Range Tesisi içinde Kauaʻi, Hawaiʻi, 18:45 UTC (08:45 yerel).[7] Tamamen şişirildiğinde 1.120.000 metreküp (39.570.000 cu ft) hacme sahip olan yüksek irtifa helyum balonu,[6] aracı 37.000 metreye (120.000 ft) kaldırdı.[8] Araç 21:05 UTC'de (yerel 11:05) ayrıldı,[7] ve dört küçük, katı yakıtlı roket motoru, denge sağlamak için aracı döndürdü.[8]

Dönüşten yarım saniye sonra aracın Yıldız 48B Katı yakıtlı motor ateşlendi ve araca güç verdi Mach 4 ve yaklaşık 55.000 metre (180.000 ft) yükseklik.[8] Roketlerin yanmasından hemen sonra, dört roket motoru daha aracı yıkar.[6] Mach 3.8'e yavaşlamanın ardından, 6 metrelik (20 ft) tüp şeklindeki Süpersonik Şişirilebilir Aerodinamik Yavaşlatıcı (SIAD-R konfigürasyonu) devreye girdi.[8] SIAD, ön tarafın yüzey alanını artırarak, böylece yavaşlama oranını artırarak araç üzerindeki atmosferik sürüklemeyi artırmayı amaçlamaktadır.[9]

Mach 2,5'e yavaşlatıldığında (SIAD dağıtımından yaklaşık 107 saniye sonra[6]), Süpersonik Disk Yelken (SSDS) paraşütü aracı daha da yavaşlatmak için konuşlandırıldı.[8] Bu paraşüt 33,5 metre (110 ft) çapında olup, paraşüt için kullanılan paraşütün neredeyse iki katı büyüklüğündedir. Mars Bilim Laboratuvarı misyon.[10] Ancak, konuşlandırıldıktan sonra parçalanmaya başladı.[11] ve araç, saatte 32 ila 48 kilometre (20 ila 30 mil / saat) seyahat eden 21:35 UTC'de (yerel 11:35) Pasifik Okyanusu'na çarptı.[7][12] Tüm donanım ve veri kaydediciler kurtarıldı.[9][12] Paraşüt olayına rağmen, görevin başarılı olduğu ilan edildi; birincil hedef test aracının uçuşa uygunluğunu kanıtlamaktı, SIAD ve SSDS ise ikincil deneylerdi.[9]

2015 test uçuşları

LDSD'nin iki test uçuşu daha 2015 ortalarında Pacific Missile Range Facility'de gerçekleştirilecek. Bunlar, 2014 testi sırasında öğrenilen dersleri içeren 8 metrelik (26 ft) SIAD-E ve SSDS teknolojilerine odaklanacak.[12] Paraşüt için planlanan değişiklikler, daha yuvarlak bir şekil ve yapısal takviye içerir.[11] Tekrar girişten kısa bir süre sonra paraşüt parçalandı.[13]

Fotoğraf Galerisi

Referanslar

  1. ^ "Uzaydan Dönüş: Yeniden Giriş" (PDF). Federal Havacılık İdaresi. ABD Ulaştırma Bakanlığı. Arşivlenen orijinal (PDF) 19 Mart 2015. Alındı 12 Nisan 2015.
  2. ^ a b "Aeroshells: Uzay Aracını Güvende Tutmak". Lockheed Martin. Alındı 2019-12-02.
  3. ^ "Mars Keşif Gezgini Görevi: Görev". mars.nasa.gov. Alındı 2019-12-02.
  4. ^ "Hipersonik Giriş Aeroshell Şekil Optimizasyonu" (PDF). Güneş Sistemi Keşfi. NASA. Arşivlenen orijinal (PDF) 27 Nisan 2015. Alındı 12 Nisan 2015.
  5. ^ Erdman, Shelby Lin; Botelho, Greg (29 Haziran 2014). "NASA, Mars'a gelecekteki insanlı görev için uçan daire gemisini test ediyor". CNN.com. Alındı 12 Ağustos 2014.
  6. ^ a b c d "Basın Kiti: Düşük Yoğunluklu Süpersonik Yavaşlatıcı (LDSD)" (PDF). NASA.gov. Mayıs 2014. Alındı 12 Ağustos 2014.
  7. ^ a b c d Carney, Emily (1 Temmuz 2014). "NASA'nın Düşük Yoğunluklu Süpersonik Yavaşlatıcı Test Uçuşu Başarı Olarak Kabul Edildi". AmericaSpace. Alındı 12 Ağustos 2014.
  8. ^ a b c d e Parslow, Matthew (28 Haziran 2014). "LDSD birincil teknoloji testini geçti ancak kanal arızası yaşıyor". NASA Uzay Uçuşu. Alındı 12 Ağustos 2014.
  9. ^ a b c McKinnon, Mika (29 Haziran 2014). "Saucer Test Aracı için Hawaii Üzerinde Başarılı Bir İlk Uçuş". io9.com. Alındı 12 Ağustos 2014.
  10. ^ Chang, Alicia (1 Haziran 2014). "NASA, Dünya'da dev Mars paraşütünü test edecek". Las Vegas İnceleme Dergisi. İlişkili basın. Alındı 12 Ağustos 2014.
  11. ^ a b Boyle, Alan (8 Ağustos 2014). "Flying Saucer Videoları Nelerin İşe Yaradığını ve Yaramadığını Gösteriyor". NBC Haberleri. Alındı 12 Ağustos 2014.
  12. ^ a b c Rosen Julia (30 Haziran 2014). "NASA Mars bir başarıyı test ediyor. Şimdi paraşüte hakim olmak için". Los Angeles zamanları. Alındı 12 Ağustos 2014.
  13. ^ Allman, Tim (9 Haziran 2015). "Nasa 'uçan daire' üzerindeki paraşüt testte başarısız oldu". BBC. Alındı 9 Haziran 2015.

"Uzayda Yakıt Tasarrufu İçin NASA Mühendisleri Aerokaptürü Öngörüyor". NASA. 2006-08-17. Alındı 2007-02-17.