כיצד רקטות נחיתות חזרה לכדור הארץ? הטכנולוגיה המדהימה מעורבת

האוקיינוס ​​הוא בית קברות טילים. פסולת מאלפי רקטות, לוויינים ושאטלים שרופים שרופים על קרקעית האוקיינוס. שימוש חוזר ברקטות פירושו פחות בזבוז, פחות עלות, והיכולת לחזור מהיעד הרבה יותר קלה.

לראות חלליות נוחתות וממריאות שוב בקלות זה משהו שראינו אלף פעמים בסרטים. עכשיו אנחנו רואים את זה גם במציאות. SpaceX שיגרה והנחיתה בהצלחה יותר מ -50 רקטות מאז שהחלו לנסות בשנת 2015.

אז איך רקטות מסוגלות לנחות בחזרה לכדור הארץ? מאמר זה יכסה את הטכנולוגיה המדהימה שעומדת מאחורי רקטות רב פעמיות.

האתגרים של רקטות נחיתה

ישנם מספר אתגרים עם רקטות נחיתה, גם כאשר הן ניתנות לשימוש חוזר באופן חלקי בלבד.

• דלק: כדי להימלט מהאטמוספירה של כדור הארץ, רקטה נדרשת לפגוע במהירות של 17,500 מייל לשעה, הידועה גם כמהירות הבריחה. זה דורש כמות עצומה של דלק. הדלק הוא בדרך כלל חמצן נוזלי יקר להפליא. כדי לנחות רקטה בהצלחה, דלק נדרש במילואים.
• הגנה תרמית: לצורך שימוש חוזר אמיתי, הרקטה כולה חייבת להיות מצוידת בהגנה תרמית, דבר שנותר בדרך כלל רק לחלק שייפול חזרה לכדור הארץ. זה מונע מחלקים של הרקטה להינזק או להרוס בעת כניסה מחדש לאטמוספירה של כדור הארץ. זה נכון גם לגבי רקטות מכוונות לעבר מאדים.
instagram viewer
• ציוד נחיתה: הרקטה דורשת גם ציוד נחיתה. יש לעשות את זה קל ככל האפשר תוך שמירה על הכוח הנדרש לתמיכה ברקטה המאסיבית (הפלקון 9, אחת הרקטות של SpaceX, שוקל 550 טון).
• מִשׁקָל: ככל שחללית תהיה כבדה יותר, יש צורך יותר בדלק, והכניסה המחודשת תהיה קשה יותר. מיכלי דלק ריקים מוסיפים גרירה ומשקל לרקטה, ולכן מיכלי דלק בדרך כלל יורדים ומניחים להישרף באטמוספירה. יתר על כן, הגנה תרמית וציוד הנחיתה יוסיפו שניהם משקל משמעותי.

כפי שהזכרנו, SpaceX הצליחה בהישג המדהים הזה הרבה פעמים עכשיו. אז מה הטכנולוגיה המדהימה שעומדת מאחורי רקטות רב פעמיות?

הדפסה תלת מימדית

הדפסה תלת מימדית היא מהפכה בתעשיות ברחבי העולם, לא פחות מהטכנולוגיה שמאחורי הרקטות. למעשה, חלק מהרקטות מודפסות כמעט כולן תלת מימד.

אחד היתרונות של הדפסה תלת מימדית הוא שמהנדסים יכולים לייצר פחות חלקים בסך הכל. חלקים מודפסים יכולים להיות הרבה יותר מורכבים ואינם זקוקים לכלי ייצור יקרים וייחודיים לכל חלק. זה מוריד את עלות בניית הרקטות ומגדיל את היעילות של תהליך הייצור.

מיכלי דלק להדפסה תלת -ממדית פירושה שאין צורך בתפרים במתכת - נקודת תורפה אופיינית שיכולה לגרום לבעיות ברקטות. יתרון מרכזי נוסף של הדפסה תלת מימדית הוא היכולת לייצר חלקים אופטיים מחומרים קלים, תוך הפחתת משקלם הכולל של הרקטות.

הנעה והדרכה בדיעבד

כדי שרקטה תוכל לנחות, הדחף הרטרוגרדי צריך להיות גדול ממשקל הרקטה. זה צריך גם להיות וקטורי, מה שאומר שהדחף הוא כיווני וניתן להשתמש בו כדי לייצב את ירידת הרקטה.

כדי שהנעה רטרו תייצב את הרקטה, היא צריכה לקבל מידע מדויק ביותר על המיקום, הגובה והזווית של הרקטה. לשם כך נדרשות מערכות הייטק המספקות מדידות מדויקות בזמן אמת עם משוב ישיר לדחפים. אלה נקראות מערכות בקרת תגובה (RCS).

מערכות בקרת תגובה

RCS מספק כמויות קטנות של דחיפה למספר כיוונים כדי לשלוט בגובה וסיבוב הרקטה. קחו בחשבון את העובדה שסיבוב יכול לכלול גליל, זרוע ופיה, וכי ה- RCS יצטרך למנוע את כל אלה בו זמנית תוך שליטה בירידת הרקטה.

ה- RCS משתמש במספר דחפים הממוקמים בתצורה אופטימלית סביב הרקטה. האתגר העיקרי עם דחפים הוא להבטיח שמירה על דלק.

דוגמה אחת היא מערכת הרקטות מרלין של SpaceX. זוהי חבילה של 10 מנועים נפרדים הנשלטים על ידי מערכת בקרה משולשת מיותרת. לכל אחד מ -10 המנועים יש יחידת עיבוד, וכל יחידת עיבוד משתמשת בשלושה מחשבים שעוקבים כל הזמן אחר זה כדי להקטין את הסיכוי לטעויות באופן דרסטי.

מנוע מרלין משתמש ב- RP-1 (נפט מזוקק במיוחד) ובחמצן נוזלי כדחפים. הגירסה העדכנית ביותר של המנוע יכולה לצמצם (לשלוט בכמה הספק שהוא משתמש) עד 39% מדחף מרבי שלו, וזה חיוני לשליטה ברמה גבוהה בעת הנחיתה של הרקטה.

סנפירים ברשת

סנפירים ברשת משמשים להנחיית רקטות לשימוש חוזר כגון פאלקון 9 למיקום הנחיתה שלהן. הומצא בשנות ה -50, נעשה שימוש בסנפירים ברשת במספר טילים.

סנפירים לרשת נראים כמו מחית תפוחי אדמה החודרים בזווית אנכית מהרקטה. הם משמשים מכיוון שהם מאפשרים שליטה גבוהה על טיסת רקטות במהירויות קוליות וקולות על -קוליות. לעומת זאת, כנפיים מסורתיות גורמות לגלי הלם ומגבירות את הגרירה במהירויות גבוהות הרבה יותר.

מכיוון שסנפוני רשת מאפשרים את זרימת האוויר דרך הסנפיר עצמו, יש לה הרבה פחות גרירה, בעוד שניתן לסובב או לייצב את הרקטה על ידי סיבוב או הטלת הסנפיר בדיוק כמו כנף, אך ביעילות רבה יותר.

סיבה נוספת לשימוש בקנסות רשת היא שעם רקטות רב פעמיות, הם טסים טכנית לאחור כאשר הם נוחתים. המשמעות היא שהקצות הקדמיות והאחוריות של הרקטה צריכות להיות דומות למדי, כך שניתן יהיה לשלוט בהן לכל כיוון.

ציוד נחיתה

ברור שרקטה רב פעמית תזדקק לאיזשהו נחיתה. אלה צריכים להיות קלים מספיק כדי לא להגדיל באופן דרסטי את כמות הדלק הנדרשת לטיסה ולכניסה מחדש אך גם חזקה מספיק בכדי להחזיק את משקל הרקטה.

נכון לעכשיו, רקטות SpaceX משתמשות ב -4 רגלי נחיתה המקופלות כנגד גוף הרקטה במהלך הטיסה. אלה מתקפלים באמצעות כוח הכבידה לפני הנחיתה.

אבל, אילון מאסק הצהיר בינואר 2021 כי עבור הרקטה הגדולה ביותר של SpaceX אי פעם, המאיץ Super Heavy, הם ישאפו "לתפוס" את הרקטה באמצעות זרוע מגדל השיגור. זה יפחית את משקל הרקטה מכיוון שהיא כבר לא תזדקק לרגלי נחיתה.

הנחיתה במגדל השיגור פירושה גם שלא יהיה צורך להעביר את הרקטה לשימוש חוזר. במקום זאת, פשוט יהיה צורך לשחזר אותו ולדלק אותו במקום שהוא נמצא בו.

זה לא הכל

רקטות ממריאות ועפות לחלל במשך עשרות שנים, אך החזרתם בשלום לכדור הארץ לשימוש חוזר דרשה פריצות דרך טכנולוגיות רבות.

לא יכולנו לכסות את כל הטכנולוגיה המדהימה המשמשת רקטות שיכולות לנחות בחזרה לכדור הארץ, אבל אנו מקווים שלמדת משהו חדש במאמר זה! טכנולוגיית Spaceflight מתרחבת במהירות, ומרגש לשקול מה אפשרי בעוד כמה שנים קצרות.

כיצד לצפות ב- SpaceX משיקה בשידור חי

רוצה לתפוס את הטיסה הבאה של SpaceX לחלל? כאן תוכל לצפות בהשקה הבאה.

קרא הבא

על הסופר