Hvordan lander raketter tilbage på jorden? Den fantastiske teknik involveret

Havet er en raketgravplads. Affald fra tusindvis af opbrændte raketter, satellitter og shuttles kaster havbunden. Genbrug af raketter betyder mindre spild, færre omkostninger og muligheden for at komme tilbage fra en destination meget lettere.

At se rumfartøjer lande og let lette igen er noget, vi har set tusind gange i film. Nu ser vi det også i det virkelige liv. SpaceX har nu med succes lanceret og landet mere end 50 raketter, siden de begyndte at prøve i 2015.

Så hvordan er raketter i stand til at lande tilbage på Jorden? Denne artikel vil dække den utrolige teknologi, der ligger bag genanvendelige raketter.

Udfordringerne ved landingsraketter

Der er flere udfordringer med landingsraketter, selv når de kun er delvist genanvendelige.

• Brændstof: For at undslippe Jordens atmosfære skal en raket ramme utrolige 17.500 miles i timen, ellers kendt som flugthastigheden. Dette kræver en kolossal mængde brændstof. Brændstoffet er normalt utroligt dyrt flydende ilt. For at lande en raket med succes, er der brug for brændstof i reserve.
instagram viewer
• Termisk beskyttelse: For ægte genanvendelse skal hele raketten være udstyret med termisk beskyttelse, noget der normalt kun er tilbage til den del, der falder tilbage til Jorden. Dette forhindrer dele af raketten i at blive beskadiget eller ødelagt ved genindtrængning i Jordens atmosfære. Dette gælder også for raketter rettet mod Mars.
• Landingsstel: Raketten kræver også landingsudstyr. Dette skal gøres så let som muligt og samtidig bevare den styrke, der kræves for at understøtte den massive raket (Falcon 9, en af ​​SpaceXs raketter, vejer 550 tons).
• Vægt: Jo tungere et rumfartøj er, jo mere brændstof er der brug for, og jo sværere genindførsel bliver. Tomme brændstoftanke tilføjer raket drag og vægt, hvorfor brændstoftanke normalt tabes og får lov til at brænde op i atmosfæren. Endvidere vil termisk beskyttelse og landingsstellet begge tilføre en betydelig vægt.

Som vi har nævnt, SpaceX har klaret denne utrolige bedrift mange gange nu. Så hvad er den fantastiske teknologi bag genanvendelige raketter?

3D -udskrivning

3D -print er revolutionerende industrier over hele kloden, ikke mindst teknologien bag raketter. Faktisk er nogle raketter nu næsten udelukkende 3D -trykte.

En fordel ved 3D -print er, at ingeniører generelt kan producere færre dele. Trykte dele kan være meget mere komplekse og behøver ikke dyre og unikke produktionsværktøjer til hver del. Dette sænker omkostningerne ved at bygge raketter og øger effektiviteten af ​​fremstillingsprocessen.

3D -brændstoftanke betyder, at du ikke har brug for sømme i metallet - et typisk svagt punkt, der kan forårsage problemer i raketter. En anden stor fordel ved 3D -print er evnen til at producere optiske dele af lette materialer, hvilket reducerer rakets samlede vægt.

Retropropulsion og vejledning

For at en raket kan lande, skal den retrograde kraft være større end raketens vægt. Det skal også vektoreres, hvilket betyder, at fremdriften er retningsbestemt og kan bruges til at stabilisere rakettens nedstigning.

For at retropropulsion skal stabilisere raketten, skal den have meget præcise oplysninger om rakettens position, højde og vinkel. Dette kræver højteknologiske systemer, der leverer præcise målinger i realtid med direkte feedback til thrusterne. Disse kaldes reaktionskontrolsystemer (RCS).

Reaktionskontrolsystemer

En RCS leverer små mængder stød i flere retninger for at styre raketens højde og rotation. Overvej det faktum, at rotation kan omfatte rulle, pitch og gab, og at RCS bliver nødt til at forhindre alle disse samtidigt, samtidig med at den styrer rakets nedstigning.

RCS bruger flere thrustere placeret i en optimal konfiguration omkring raketten. Hovedudfordringen med thrustere er at sikre, at brændstof spares.

Et eksempel er SpaceXs Merlin -raketsystem. Dette er en pakke med 10 separate motorer, der styres af et tredobbelt redundant styresystem. Hver af de 10 motorer har en behandlingsenhed, og hver behandlingsenhed bruger tre computere, der konstant overvåger hinanden for at reducere risikoen for fejl drastisk.

Merlin-motoren bruger RP-1 (stærkt raffineret petroleum) og flydende oxygen som drivmidler. Den seneste version af motoren kan drosle (kontrollere, hvor meget strøm den bruger) ned til 39% af dens maksimale tryk, hvilket er afgørende for kontrol på højt niveau, når raketten landes.

Gitterfinner

Gitterfinner bruges til at lede genanvendelige raketter som Falcon 9 til deres landingsposition. Opfundet i 50'erne har netfinner været brugt i flere missiler.

Gitterfinner har udseende af kartoffelmoser, der stikker ud i en vinkelret vinkel på raketten. De bruges, fordi de tillader et højt niveau af kontrol over raketflyvning ved hypersonisk og supersonisk hastighed. Derimod forårsager traditionelle vinger stødbølger og øger trækket ved disse meget højere hastigheder.

Fordi gitterfinner tillader luftstrømmen gennem selve finnen, har den langt mindre træk, mens raketten kan roteres eller stabiliseres ved at rotere eller placere finnen ligesom en vinge, men mere effektivt.

En anden grund til, at netbøder bruges, er, at de med genanvendelige raketter teknisk flyver baglæns, når de lander. Det betyder, at rakettens for- og bagende ender skal være ret ens, så de kan kontrolleres i begge retninger.

Landingsstel

Det er klart, at en genanvendelig raket skal bruge en form for landingsudstyr. Disse skal være lette nok til ikke drastisk at øge mængden af ​​brændstof, der kræves til flyvning og genindtræden, men også stærke nok til at holde rakettens vægt.

I øjeblikket bruger SpaceX raketter 4 landingsben, der er foldet mod rakettens krop under flyvning. Disse foldes derefter ud ved hjælp af tyngdekraften før landing.

Men, Elon Musk udtalte i januar 2021, at for SpaceXs største raket nogensinde, Super Heavy booster, ville de sigte mod at "fange" raketten ved hjælp af affyringstårnet. Dette vil reducere vægten af ​​raketten, fordi den ikke længere har brug for landingsben.

Landing i opsendelsestårnet betyder også, at raketten ikke skal transporteres til genbrug. I stedet skal den bare genmonteres og tankes, hvor den er.

Det er ikke alt

Raketter har taget fart og flyvet ind i rummet i årtier, men at få dem til at vende sikkert tilbage til Jorden til genbrug har krævet mange teknologiske gennembrud.

Vi kunne ikke dække al den fantastiske teknologi, der bruges i raketter, der kan lande tilbage på Jorden, men vi håber, at du har lært noget nyt i denne artikel! Rumfartsteknologi ekspanderer hurtigt, og det er spændende at overveje, hvad der kan være muligt om et par korte år.

Sådan ser du SpaceX lancerer Live

Vil du fange SpaceX's næste fly i rummet? Her kan du se den næste lancering.

Læs Næste

Om forfatteren