Gdy Elon Musk z SpaceX tweeta coś ciekawego, wywołuje falę podniecenia. Więc kiedy ostatnio napisał na Twitterze, że SpaceX może pracować nad sposobem odzyskania górnych etapów ich rakiet, uruchomił łańcuch intrygujących odpowiedzi.
SpaceX spróbuje przywrócić górną część rakiety z prędkości orbitalnej za pomocą gigantycznego balonu imprezowego
- Elon Musk (@elonmusk) 15 kwietnia 2018 r
SpaceX od pewnego czasu pobiera i wykorzystuje ponownie swoje niższe etapy, co obniżyło koszty uruchamiania ładunków w kosmos. Ale to pierwsza wskazówka, że mogą próbować zrobić to samo z górnymi etapami.
Respondenci na Twitterze chcieli dokładnie wiedzieć, co ma na myśli SpaceX i czym może być „wielki balon imprezowy”. Musk jeszcze się nie rozwinął, ale jeden z jego obserwujących na Twitterze miał coś ciekawego do dodania.
Quinn Kupec, student University of Maryland's James Clark School of Engineering, napisał na Twitterze:
Jeśli proponujesz to, co myślę, że jesteś, bardzo niski spowalniacz współczynnika wejścia balistycznego, to ty i @SpaceX powinniście zobaczyć, co mamy na @UofMaryland. Pracowaliśmy nad tym przez jakiś czas i właśnie zakończyliśmy testy pic.twitter.com/nJBvyUnzaK
- Quinn Kupec (@QuinnKupec) 16 kwietnia 2018 r
Space Magazine skontaktował się z panem Kupcem, aby dowiedzieć się, czy mógłby nam pomóc zrozumieć, do czego zmierza Musk. Ale najpierw trochę tła.
„Bardzo niski spowalniacz balistyczny” jest trochę kęsem. Współczynnik balistyczny mierzy, jak dobrze pojazd może pokonać opór powietrza w locie. Wysoki współczynnik balistyczny oznacza, że pojazd powrotny nie straci szybko prędkości i osiągnie Ziemię przy dużych prędkościach. Bardzo niski spowalniacz współczynnika wejścia balistycznego szybko straciłby prędkość, co oznacza, że pojazd musiałby jechać z niskimi prędkościami poddźwiękowymi przed dotarciem do podłoża.
Aby odzyskać wzmacniacz wyższego stopnia, pożądane są niskie prędkości, ponieważ wytwarzają mniej ciepła. Ale według Kupca jest jeszcze jeden problem, który należy rozwiązać.
„Co się stanie, gdy te rzeczy zwolnią do prędkości lądowania? Jeśli środek ciężkości jest przesunięty znacznie za środek oporu, tak jak w przypadku powracającego górnego stopnia, może stać się niestabilny. Jeśli środek ciężkości pojazdu powrotnego jest zbyt wysoki, może zostać odwrócony, co oczywiście nie jest pożądane. ”
Zatem sztuczka polega na obniżeniu prędkości pojazdu powrotnego do punktu, w którym ciepło wytwarzane przez ponowne wejście nie uszkadza wzmacniacza, i robi to bez powodowania wywrócenia pojazdu lub niestabilności. Nie stanowi to problemu dla boosterów głównej sceny, które teraz SpaceX rutynowo odzyskuje; mają własne rakiety retro, które pokierują zejściem i lądowaniem. Ale dla boosterów z wyższych stopni, które osiągają prędkości orbitalne, jest to przeszkoda, którą należy pokonać.
„Moje badania koncentrują się szczególnie na tym, jak wysoko możesz przesunąć środek ciężkości i nadal utrzymywać odpowiednią konfigurację lotu”, powiedział Kupec.
Ale co z „wielkim balonem imprezowym”, o którym tweetował Musk?
Kolorowe piżmo może odnosić się do czegoś, co nazywa się ballutem. Słowo to jest kombinacją słów balon i spadochron. Zostały one wynalezione w 1950 roku przez Goodyear Aerospace. Mogą zatrzymać zjazd pojazdów wjazdowych i zapewnić stabilność podczas zjazdu.
„… Balon musiałby mieć średnicę 120 stóp i być wykonany z tkaniny wysokotemperaturowej…” - Profesor Dave Akin, University of Maryland
Magazyn Space skontaktował się z profesorem Dave'em Akinem z University of Maryland w celu uzyskania wglądu w tweeta Muska. Profesor Akin pracuje nad systemami reentry od ponad dwóch dekad.
Podczas wymiany wiadomości e-mail profesor Akin powiedział nam: „Zaproponowano koncepcje rozmieszczenia dużego balonu na kablu holowanym za tobą przy wejściu. Balon obniża twój współczynnik balistyczny, co oznacza, że zwalniasz szybciej w atmosferze, a obciążenie cieplne jest mniejsze. ” Kluczem jest więc zmniejszenie prędkości, zanim zbliżysz się do Ziemi, gdzie atmosfera jest grubsza i wytwarza więcej ciepła.
Ale zdaniem profesora Akina niekoniecznie będzie to łatwe. „Aby uzyskać dwa rzędy wielkości zmniejszenia współczynnika balistycznego, o którym Elon mówił o balonie, musiałby mieć 120 stóp średnicy i być wykonany z tkaniny o wysokiej temperaturze, więc nie będzie to takie łatwe”.
Ale historia Muska pokazuje, że nie stroni od rzeczy, które nie są łatwe.
Odzyskiwanie wyższych poziomów rakiet nie polega tylko na obniżeniu kosztów startu, ale także na śmieciach kosmicznych. Europejska Agencja Kosmiczna szacuje, że na Ziemi krąży ponad 29 000 kawałków śmieci kosmicznych, a niektóre z tych śmieci są wydawane na dopalacze wyższych poziomów. Były już pewne kolizje i wypadki, niektóre satelity zostały zepchnięte na różne orbity. W 2009 r. Satelita komunikacyjny Iridium 33 i nieistniejący satelita komunikacyjny rosyjskiego kosmosu 2251 zderzyły się ze sobą, niszcząc oba. Jeśli SpaceX może opracować sposób na odzyskanie swoich boosterów na wyższym etapie, oznacza to mniej śmieci kosmicznych i mniej potencjalnych kolizji.
Istnieje wyraźny precedens dla używania balonów do zarządzania ponownym wejściem. Ponieważ ludzie tacy jak profesor Akin i Quinn Kupec pracują nad tym, SpaceX nie będzie musiał wymyślać na nowo koła. Ale nadal będą mieli dużo do zrobienia.
Musk napisał tweeta o jednej rzeczy wkrótce po swoim tweecie z „balonu z gigantycznym balonem”:
A potem wyląduj na sprężystym domu
- Elon Musk (@elonmusk) 16 kwietnia 2018 r
Jeszcze nie ma słowa o tym, co to może znaczyć.
Tweet Elona Muska „gigantyczny balonik”: https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Tweet Quinna Kupeca: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872
