tekniikka

Kustannustehokas tapa toimittaa monen tonnin rahti Marsiin

Raskain avaruusalus toimitettiinMarsiin, on rover Curiosity. Itsenäisen tieteellisen laboratorion paino on noin yksi tonni. Lisäämällä kunnianhimoisempia tehtäviä Punaiselle planeetalle ja tuleville ihmisille tarvitaan raskaampia avaruusaluksia, joiden paino on 5–20 tonnia. Tätä varten on tarpeen kehittää uusia laskeutumismenetelmiä. Illinoisin yliopiston tutkijaryhmän äskettäisen tutkimuksen, jonka lehdistötiedote julkaisi EurekAlert, tavoite!

Yleensä, kun kone siirtyy Marsin tunnelmaanhypersoninen nopeus on noin 30 Mach, hänen täytyy nopeasti hidastaa, avata laskuvarjo ja käyttää rakettimoottoreita tai turvatyynyjä purkamisen loppuunsaattamiseksi.

”Valitettavasti laskuvarjojärjestelmät ovat harvojasuunniteltu massiivisemmille ajoneuvoille. Ajatuksena on hylätä laskuvarjo ja käyttää suurempia rakettimoottoreita laskeutumiseen ”, sanoo Illinoisin yliopiston ilmailu- ja avaruustekniikan osaston dosentti Zach Putnam.

Putnamin mukaan, kun laskeutuihidastuu nopeuteen 3, sähkömoottorit on kytkettävä päälle, mikä luo käänteisen työntövoiman ja hidastaa laitteen turvallista laskua varten. Ongelmana on, että tällainen ohjailu polttaa paljon polttoainetta. Polttoaine, joka muodostaa pääsääntöisesti laitteen massan, lisää koko laukaisun kustannuksia. Jokainen kilogramma polttoainetta on miinus kilogrammaa hyötykuormaa: tieteellisiä instrumentteja, laitteita, ihmisiä ja niin edelleen.

"Kun avaruusalus saavuttaahypersoninen nopeus ennen rakettimoottorien käynnistämistä on pieni määrä nostovoimaa, jota voidaan käyttää laitteen ohjaamiseen, - sanoo Pantam. ”Jos siirrämme painopistettä niin, että se siirtyy yhdelle sivulle, laite lentää eri kulmasta.”

Pantam selittää, että se virtaa laitteen ympärilleetu- ja takaosat eroavat toisistaan, mikä luo epätasapainon, paineen eron. Koska nostovoima on suunnattu yhteen suuntaan, sitä voidaan käyttää ohjaamaan laitetta laskeutumisen aikana ilmakehän läpi.

"Ilmakehään pääsyn, laskeutumisen ja laskeutumisen aikanaMeillä on kyky hallita laitetta. Voimme muuttaa sen suuntaa. Hypeneettisillä nopeuksilla tämä säätö voidaan suorittaa hinausvoiman kustannuksella, joka syntyy, kun käynnistetään jarru- moottorit, jotka polttaa tietyn määrän polttoainetta. Moottorin käynnistysohjaus mahdollistaa erittäin tarkan istuvuuden. Jos haluat istuttaa hyvin suuren koneen, sinun pitäisi unohtaa tarkkuus, muuten sinun on poltettava kaikki polttoaine. Mutta voit löytää tasapainon näiden kahden tavan välillä.

"Oletetaan, että haluamme hidastaalaskee jopa 3 Machia. Kuinka tarkasti meidän pitäisi aerodynaamisesti ohjata sitä hypersonic-tilassa polttoaineen käytön minimoimiseksi ja maksimoida mahdollisen hyötykuorman massa? Jotta voitaisiin maksimoida massan tilavuus, jonka voimme alentaa pintaan, on tärkeää ottaa huomioon korkeus, jolla on tarpeen käynnistää laskeutuvan ajoneuvon moottorit, sekä nopeusvektorin ja horisonttilinjan välinen kulma ”, Pantham lisää.

Laskelmat ovat osoittaneet, miten parhaitenkäytä nostovektoria ja ohjaa laskeutumista planeetalle riippuen raketin ominaisuuksista ja korkeudesta maksimoidaksesi laskeutumismassan.

"Kävi ilmi, että polttoaineen kulutuksen kannaltaoptimaalisin on päästä ilmakehään niin, että hissin vektori suuntautuu alaspäin, ikään kuin raketti on sukeltamassa. Ja sitten oikeaan aikaan, nopeuden ja ajan mukaan, sen pitäisi kääntyä ylös ja lentää matalalla korkeudella. Mitä enemmän aikaa laite kuluttaa tiheämmässä ilmakehässä, sitä vahvempi ja pidempi aerodynaaminen vastus vaikuttaa siihen ja mitä vähemmän polttoainetta se tarvitsee laskeutua ”, Pantham sanoo.

Voit keskustella tutkimuksen tuloksista Telegram-keskustelussa.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!