Ako rakety pristanú späť na Zemi? Zapojená úžasná technika

Oceán je raketový cintorín. Úlomky z tisícov spálených rakiet, satelitov a raketoplánov vrhajú na dno oceánu. Opätovné použitie rakiet znamená menej odpadu, nižšie náklady a možnosť vrátiť sa z cieľa oveľa jednoduchšie.

Vidieť vesmírnu loď pristáť a znova sa ľahko vzlietnuť je niečo, čo sme už tisíckrát videli vo filmoch. Teraz to vidíme aj v reálnom živote. SpaceX teraz úspešne odštartoval a vysadil viac ako 50 rakiet, pretože sa o to začali pokúšať v roku 2015.

Ako sú teda rakety schopné pristáť späť na Zemi? Tento článok sa bude zaoberať neuveriteľnou technológiou, ktorá stojí za opakovane použiteľnými raketami.

Výzvy pristátia rakiet

S pristávacími raketami existuje niekoľko výziev, aj keď sú len čiastočne opakovane použiteľné.

• Palivo: Aby unikol zo zemskej atmosféry, raketa musí zasiahnuť neuveriteľných 17 500 míľ za hodinu, inak známa ako úniková rýchlosť. Vyžaduje si to neskutočné množstvo paliva. Palivom je zvyčajne neuveriteľne drahý tekutý kyslík. Na úspešné pristátie rakety je potrebné palivo v rezerve.
instagram viewer
• Tepelná ochrana: Na zaistenie skutočnej znovupoužiteľnosti musí byť celá raketa vybavená tepelnou ochranou, niečo, čo zvyčajne zostáva iba pre časť, ktorá bude padať späť na Zem. To zabraňuje poškodeniu alebo zničeniu častí rakety pri opätovnom vstupe do zemskej atmosféry. To platí aj pre rakety namierené na Mars.
• Podvozok: Raketa tiež vyžaduje podvozok. Ten musí byť vyrobený tak ľahko, ako je to len možné, pri zachovaní sily potrebnej na podporu mohutnej rakety (Falcon 9, jedna z rakiet SpaceX, váži 550 ton).
• Hmotnosť: Čím je vesmírna loď ťažšia, tým viac paliva potrebuje a tým ťažší bude návrat. Prázdne palivové nádrže rakete dodávajú odpor a hmotnosť, a preto sú palivové nádrže zvyčajne vypustené a nechané v atmosfére zhorieť. Tepelná ochrana a podvozok navyše pridajú značnú váhu.

Ako sme spomenuli, SpaceX sa podarilo tento neuveriteľný výkon teraz mnohokrát. Aká je teda úžasná technológia za opakovane použiteľnými raketami?

3D tlač

3D tlač je revolučný priemysel na celom svete, v neposlednom rade technológie za raketami. V skutočnosti sú niektoré rakety teraz takmer výlučne vytlačené 3D.

Jednou z výhod 3D tlače je, že inžinieri môžu celkovo vyrobiť menej súčiastok. Tlačené diely môžu byť oveľa zložitejšie a pre každú časť nepotrebujú drahé a jedinečné výrobné nástroje. To znižuje náklady na stavbu rakiet a zvyšuje efektivitu výrobného procesu.

Palivové nádrže na 3D tlač znamenajú, že nepotrebujete švy v kove - typický slabý bod, ktorý môže spôsobovať problémy s raketami. Ďalšou hlavnou výhodou 3D tlače je schopnosť vyrábať optické diely z ľahkých materiálov, čím sa znižuje celková hmotnosť rakiet.

Retropropulzia a vedenie

Aby raketa mohla pristáť, musí byť retrográdny ťah väčší ako hmotnosť rakety. Tiež musí byť vektorovaný, čo znamená, že ťah je smerový a dá sa použiť na stabilizáciu zostupu rakety.

Na to, aby retropropulzia stabilizovala raketu, potrebuje mať veľmi presné informácie o polohe, nadmorskej výške a uhle rakety. To si vyžaduje high-tech systémy, ktoré poskytujú presné merania v reálnom čase s priamou spätnou väzbou na rakety. Nazývajú sa reakčné riadiace systémy (RCS).

Systémy riadenia reakcie

RCS poskytuje malé množstvo ťahu v niekoľkých smeroch na ovládanie nadmorskej výšky a rotácie rakety. Vezmite do úvahy skutočnosť, že rotácia môže zahŕňať nakláňanie, nakláňanie a vybočenie a že RCS bude musieť všetkým týmto súčasne zabrániť a zároveň kontrolovať zostup rakety.

RCS využíva niekoľko rakiet umiestnených v optimálnej konfigurácii okolo rakety. Hlavnou výzvou rakiet je zaistiť úsporu paliva.

Jedným z príkladov je raketový systém Merlin spoločnosti SpaceX. Jedná sa o sadu 10 samostatných motorov riadených trojnásobným redundantným riadiacim systémom. Každý z 10 motorov má procesorovú jednotku a každá procesorová jednotka využíva tri počítače, ktoré sa navzájom neustále monitorujú, aby sa drasticky znížila pravdepodobnosť chýb.

Motor Merlin používa ako pohonné látky RP-1 (vysoko rafinovaný petrolej) a kvapalný kyslík. Najnovšia verzia motora môže škrtiť (ovládať, koľko energie používa) až na 39% svojho maximálneho ťahu, čo je nevyhnutné pre ovládanie na vysokej úrovni pri pristávaní rakety.

Mriežkové plutvy

Mriežkové plutvy slúžia na navádzanie opakovane použiteľných rakiet, ako je Falcon 9, do ich polohy pristátia. Mriežkové plutvy boli vynájdené v 50. rokoch a boli použité v niekoľkých raketách.

Mriežkové plutvy majú vzhľad roztlačovača zemiakov, ktoré vystupujú v kolmom uhle od rakety. Používajú sa, pretože umožňujú vysokú úroveň kontroly nad letom rakety pri nadzvukových a nadzvukových rýchlostiach. Naproti tomu tradičné krídla spôsobujú rázové vlny a zvyšujú odpor pri týchto oveľa vyšších rýchlostiach.

Pretože mriežkové rebrá umožňujú prúdenie vzduchu samotnou plutvou, má oveľa menší odpor, zatiaľ čo raketu je možné otáčať alebo stabilizovať otáčaním alebo nakláňaním plutvy rovnako ako krídlo, ale efektívnejšie.

Ďalším dôvodom, prečo sa používajú mriežkové pokuty, je to, že pri opakovane použiteľných raketách technicky lietajú dozadu, keď pristanú. To znamená, že predný a zadný koniec rakety si musia byť dosť podobné, aby ich bolo možné ovládať v oboch smeroch.

Podvozok

Opakovane použiteľná raketa bude zrejme potrebovať nejaký podvozok. Musia byť dostatočne ľahké, aby drasticky nezvýšili množstvo paliva potrebného na let a opätovný vstup, ale tiež dostatočne pevné, aby udržali hmotnosť rakety.

V súčasnosti rakety SpaceX používajú 4 pristávacie nohy, ktoré sú počas letu sklopené k telu rakety. Tieto sa potom pred pristátím rozložia pomocou gravitácie.

Elon Musk však v januári 2021 uviedol, že pokiaľ ide o najväčšiu raketu SpaceX vôbec, posilňovač Super Heavy, budú sa snažiť „chytiť“ raketu pomocou ramena štartovacej veže. Zníži sa tým hmotnosť rakety, pretože už nebude potrebovať pristávacie nohy.

Pristátie vo štartovacej veži tiež znamená, že raketu nebude potrebné prepravovať na opätovné použitie. Namiesto toho bude musieť byť namontovaný a natankovaný tam, kde je.

To nie je všetko

Rakety štartujú a lietajú do vesmíru už desaťročia, ale ich bezpečný návrat na Zem na opätovné použitie si vyžiadal mnoho technologických objavov.

Nemohli sme pokryť všetky úžasné technológie používané v raketách, ktoré môžu pristáť späť na Zemi, ale dúfame, že ste sa v tomto článku dozvedeli niečo nové! Technológia vesmírnych letov sa rýchlo rozvíja a je vzrušujúce uvažovať o tom, čo by bolo možné o niekoľko krátkych rokov.

Ako sa pozerať na štart SpaceX naživo

Chcete stihnúť ďalší let SpaceX do vesmíru? Tu môžete sledovať ďalšie spustenie.

Čítajte ďalej

O autorovi