Η επιστήμη πίσω από το Splashdown -Aerospace Engineer εξηγεί πώς η NASA και το SpaceX παίρνουν το διαστημόπλοιο με ασφάλεια πίσω
1. Ατμοσφαιρική μεταφορά
Καθώς ένα διαστημικό σκάφος εισέρχεται στην ατμόσφαιρα της Γης, συναντά το Drag, που είναι μια δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση της. Αυτή η τριβή μεταξύ της επιφάνειας του οχήματος και των μορίων αέρα προκαλεί την επιβράδυνση του διαστημικού σκάφους.
Η θερμότητα που παράγεται από την τριβή με τα μόρια αέρα αυξάνει τη θερμοκρασία τόσο του εξωτερικού δέρματος του διαστημικού σκάφους όσο και του γύρω αέρα. Αυτή η θερμότητα ονομάζεται αεροθερμική θέρμανση.
2. Κύματα πίεσης και σοκ
Η υψηλή ταχύτητα με την οποία ένα διαστημικό σκάφος επανεισέρχεται από την ατμόσφαιρα προκαλεί τον αέρα μπροστά του να συμπιέσει, με αποτέλεσμα την αύξηση της πίεσης. Αυτό δημιουργεί ένα κύμα κλονισμού που διαδίδεται προς τα έξω από τη μύτη του διαστημικού σκάφους.
Το κύμα κλονισμού έχει ως αποτέλεσμα ξαφνικές και σημαντικές αλλαγές πίεσης, προκαλώντας έντονες δονήσεις σε όλο το διαστημικό σκάφος. Αυτές οι δονήσεις μπορούν να βλάψουν τον ευαίσθητο εξοπλισμό και να διαταράξουν τις λειτουργίες πτήσης εάν δεν διαχειρίζονται σωστά.
3. Πλάσμα και ραδιοφωνική συσσώρευση
Η διέλευση υψηλής ταχύτητας του διαστημικού σκάφους μέσω της ατμόσφαιρας οδηγεί στον ιονισμό των μορίων αέρα, γεγονός που δημιουργεί ένα στρώμα πλάσματος γύρω από το όχημα. Αυτό το πλάσμα αντικατοπτρίζει τα ραδιοκύματα, προκαλώντας ραδιοσυχνότητα. Αυτό μπορεί να διαταράξει τους συνδέσμους επικοινωνίας με τους σταθμούς εδάφους, να περιπλέκει την παρακολούθηση και τον έλεγχο κατά τη διάρκεια της επανεισόδου.
4. Αλεξιπτωτιστής
Για να μειωθεί περαιτέρω η ταχύτητά του, το διαστημικό σκάφος μπορεί να αναπτύξει αλεξίπτωτα. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν τη μεταφορά που δημιουργείται από την αυξημένη επιφάνεια για να επιβραδύνει το διαστημικό σκάφος.
5. Splashdown
Ως τελικό βήμα, το διαστημικό σκάφος εισέρχεται στο νερό με ελεγχόμενη ταχύτητα. Αυτό γίνεται για να μειωθεί οι δυνάμεις επιπτώσεων και οι δυνητικά επικίνδυνες δονήσεις που θα μπορούσαν να προκύψουν κατά τη διάρκεια μιας σκληρής προσγείωσης.
Ο σχεδιασμός και τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ενός διαστημικού σκάφους είναι κρίσιμα για την αντιστάθμιση των ακραίων δυνάμεων που συναντήθηκαν κατά τη διάρκεια της επανένταξης και η εξασφάλιση της ασφαλούς επιστροφής του οχήματος και των επιβατών του.
Η μηχανική του Splashdown:NASA και SpaceX
Η διαδικασία του splashdown περιλαμβάνει πολλαπλές βασικές εκτιμήσεις και συστήματα μηχανικής. Ας διερευνήσουμε πώς η NASA και η SpaceX χειρίζονται αυτή τη φάση των αποστολών τους.
1. Σχεδιασμός επανεισδοχής
Πριν από την επανεισδοχή, οι μηχανικοί της αεροδιαστημικής υπολογίζουν προσεκτικά την τροχιά, τη γωνία και την ταχύτητα με την οποία το διαστημικό σκάφος θα πρέπει να διασταυρώσει την ατμόσφαιρα της Γης. Αυτοί οι υπολογισμοί στοχεύουν στην εξισορρόπηση της ασφάλειας και της αποδοτικότητας των καυσίμων.
2. Θερμότητα θωράκισης
Για την προστασία του διαστημικού σκάφους από την έντονη αεροθερμική θέρμανση, τόσο η NASA όσο και η SpaceX χρησιμοποιούν συστήματα θερμικής προστασίας (TPS). Αυτά αποτελούνται από υλικά που αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες, συνήθως κατασκευασμένα από αφαιρετικά υλικά ή σύνθετα υλικά.
Για παράδειγμα, το διαστημικό σκάφος Orion της NASA χρησιμοποιεί ένα προηγμένο σύστημα θερμικής προστασίας που είναι γνωστό ως υλικό AVCoat, το οποίο είναι σύνθετο από ίνες άνθρακα επικαλυμμένο με στρώμα πυριτίας. Το υλικό μπορεί να υπομείνει θερμοκρασίες έως και 2.200 βαθμών Κελσίου (3.992 βαθμούς Φαρενάιτ).
Εν τω μεταξύ, το διαστημικό σκάφος Dragon του SpaceX χρησιμοποιεί μια θερμά θωράκιση PICA (φαινολική εμποτισμένη άνθρακα). Το PICA είναι ένα ελαφρύ και εξαιρετικά αποτελεσματικό υλικό που μπορεί να αντέξει τις θερμοκρασίες μέχρι 2.760 βαθμούς Κελσίου (5.000 βαθμούς Φαρενάιτ).
3. Ελιγμός
Για να αντέξει τις έντονες δονήσεις που προκαλούνται από τα κύματα σοκ, το διαστημικό σκάφος όπως το Orion και το Dragon σχεδιάζονται με αεροδυναμικά σχήματα που ελαχιστοποιούν τα αποτελέσματα των κυμάτων κλονισμού. Χρησιμοποιούν επίσης συστήματα ελέγχου που προσαρμόζουν τη στάση του διαστημικού σκάφους και τα σταθεροποιούν κατά τη διάρκεια της επανεισόδου.
4. Χειρισμός ραδιοφωνικών σταθμών
Για να διαχειριστεί τη φάση του ραδιοφωνικού συστήματος, η NASA και η SpaceX χρησιμοποιούν πολλαπλές στρατηγικές επικοινωνίας. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν την εγκατάσταση περιττών και ποικίλων συστημάτων επικοινωνίας στο διαστημικό σκάφος, χρησιμοποιώντας σήματα υψηλότερης συχνότητας που μπορούν να διεισδύσουν καλύτερα στο ιονισμένο στρώμα και να περάσει στρατηγικά η επικοινωνία σχεδιασμού.
5. Αλεξιπτωτιστής
Μόλις το διαστημικό σκάφος επιβραδύνει επαρκώς, τα αλεξίπτωτα αναπτύσσονται για περαιτέρω μείωση της ταχύτητας. Το διαστημικό σκάφος Orion της NASA χρησιμοποιεί τρία αλεξίπτωτα, κάθε διάμετρο περισσότερο από 100 πόδια, για να επιτύχει τον επιθυμητό ρυθμό καθόδου.
Το διαστημικό σκάφος Dragon της SpaceX, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιεί ένα μοναδικό σύστημα διπλής κοιλότητας. Τα αλεξίπτωτα Drogue αναπτύσσονται πρώτα για να σταθεροποιήσουν το σκάφος. Στη συνέχεια, τα κύρια αλεξίπτωτα, μεγαλύτερα και πιο ισχυρά, απελευθερώνονται για να εξασφαλίσουν ελεγχόμενη και ασφαλή κάθοδο.
Συμπέρασμα
Το Splashdown είναι μια κρίσιμη φάση της διαδικασίας επανεισδοχής ενός διαστημικού σκάφους που απαιτεί σχολαστική μηχανική και προγραμματισμό. Η NASA και η SpaceX έχουν αναπτύξει και υλοποιήσει καινοτόμες τεχνολογίες για τη διαχείριση των διαφόρων δυνάμεων και προκλήσεων που συναντήθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, εξασφαλίζοντας την ασφαλή επιστροφή των αστροναυτών και τα πολύτιμα ωφέλιμα φορτία.
