Как Илон Маск собирается спасать вторую ступень…

18:03 19/04/2018

0 👁 1 976

Еще в начале 1960-х гг американцы предложили такой способ для возвращения ракетных блоков — естественно, в расчете на повторное применение. Причем никаких двигателей для схода с орбиты не предполагалось: раздувание тормозного экрана резко увеличивает площадь миделя, тем самым — силу торможения ракетного блока встречным воздухом, и аппарат «вязнет» в атмосфере.Подробнее здесь.

Тогда схема не нашла применения по вполне очевидной причине: совершенно непонятно было, как создать материал надувного экрана?

Парашют-волан, или «паракон» предложили в свое время для воздушно-десантных войск , но те не проявили энтузиазма. Идея рисковала кануть в историю, однако…

В воскресенье генеральный директор компании SpaceX Илон Маск сообщил в Twitter о том, что компания SpaceX намерена сохранить после старта верхнюю ступень ракеты-носителя с помощью воздушного шара.

“Это прозвучит безумно, но SpaceX попробует вернуть с орбитальной скорости верхнюю ступень, используя гигантский шар для вечеринок”, – сообщил Маск.

Чем быстрее вы спускаетесь, тем больше тепла вы испытываете. По словам Дейва Акина, аэрокосмического инженера в Университете штата Мэриленд, верхняя ступень может испытывать температуру в 27 раз более высокую, чем на первом этапе.

Возможно, SpaceX может развернуть надувной шар у основания верхней ступени,  обеспечивая большой экран между ракетой и атмосферой. Вы можете видеть это, когда бросаете лист бумаги и шар для боулинга с одинаковой высоты.

Воздушный шар, развернутый в нижней части верхней ступени, иммитирует падение  листа бумаги. Это означает, что ступень начнет замедляться намного быстрее, при входе атмосферу, поэтому вокруг вашего космического аппарата будет более низкая температура.

Нужен лёгкий материал, который можно быстро развернуть, чтобы изменить форму . Воздушные шары хороши для этого, потому что вам просто нужен тонкий материал и воздух, чтобы быстро их заполнить. Но легкий перевернутый зонтик мог также обеспечить аналогичный эффект.

И это  изучают не только в университете штата Мэриленд. NASA также проверило надувные теплозащитные экраны с такими программами, как Гиперзвуковой надувной аэродинамический тормоз, или HIAD, и Эксперимент с надувным возвращением ракеты или IRVE.

Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator (HIAD) – сверхзвуковой надувной аэродинамический тормоз. Это устройство представляет собой надувную капсулу, которая укладывается внутри космического корабля. Перед входом в атмосферу, HIAD надувается и становится твердым. Это помогает замедлить корабль и благополучно приземлиться на Земле, Марсе, или другой планете, у которой есть атмосфера. Присутствие кремния в составе аэрогеля лишает его гибкости, поэтому в НАСА был разработан способ создания аэрогеля полностью из полимеров. Новый аэрогель гибкий, его можно трансформировать в очень тонкую пленку, и он устойчив при высоких температурах.

Аэрогели на основе полимеров имеют те же преимущества, что и традиционные. Столь же легкий вес, ту же теплопроводность, однако имеют гораздо большую прочность и долговечность, а также возможность быть в виде тонкой пленки.

IRVE-3 в раскрытом виде похож на огромный гриб:

В упакованном виде система размещается в носовом отсеке ракеты диаметром всего полметра

IRVE на орбите: взгляд художника

И в 2000 году Россия попыталась вернуть верхнюю ступень ракеты с орбиты с помощью надувного теплового щита. Никто не знает, сработало ли это; аппарат  не был найден. Но надувные теплозащитные экраны могут стать громоздкими при падении с больших высот.

Уникальное надувное тормозное устройство (зарубежное название – Inflatable Reentry Descent Technology, IRDT)

Так называемый «космический парашют» разработан отечественными специалистами Научно-исследовательского центра имени Г.Н. Бабакина

В собранном виде «Демонстратор» имеет небольшой диаметр (около 80 сантиметров) и помещен в защитную капсулу. Весит аппарат около 145 килограммов. После сбрасывания защитного кожуха начинается его закрутка вокруг продольной оси (см. верхний рисунок), что позволяет войти в атмосферу под нужным углом. После этого надувное устройство отделяется от капсулы и начинается спуск. Двухкаскадное устройство аппарата решает задачу последовательного раскрытия и защиты тормозящих экранов-парашютов. Поскольку в плотных слоях атмосферы температура окружающего воздушного слоя поднимается до нескольких тысяч градусов, второй надувной каскад разворачивается (наполняется азотом) уже в низких слоях атмосферы, на высоте около 15 километров, обеспечивая погашение скорости к моменту посадки до 13-14 м/с.

Металлическое теплозащитное покрытие образует так называемый лобовой экран, а другие части «космического парашюта» покрыты гибкой двухслойной тепловой защитой. Подобное конструкторское решение позволяет поддерживать температуру внутри IRDT на уровне 25-30 градусов по Цельсию.

Работа НТУ РБ «Фрегат»: а) конфигурация аппарата до включения НТУ: 1 — топливный бак; 2 — приборный отсек; 3 — надувное тормозное устройство в сложенном виде; б) «Фрегат» с НТУ во время входа в атмосферу и прохождения максимальных нагрева и перегрузок; в) «Фрегат» с полностью раскрытым НТУ при спуске и посадке; хорошо видны надувные торы каркаса.

При более низких скоростях, дозвуковых, аппарат может стать неустойчивым.Один из способов исправить это может заключаться в развертывании воздушного шара, который полностью поглощает транспортное средство, превращая его в большой пляжный мяч.

Двигатель второй ступени предназначен для работы в космосе, а не внутри атмосферы, поэтому для посадки он не может быть эффективным.  «Вопрос в том, насколько контролируемым является конструкция  на пути вниз», – говорит Макдауэлл.

Будет интересно посмотреть, что SpaceX придумал . Но в беседе в своём Twitter Илон Маск озвучил такую фразу: And then land on a bouncy house (А потом приземлиться на надувной дом)