Hvordan lander raketter tilbake på jorden? The Amazing Tech Involved

Havet er en rakettkirkegård. Rusk fra tusenvis av nedbrente raketter, satellitter og skyttelbøtter ligger i havbunnen. Gjenbruk av raketter betyr mindre sløsing, mindre kostnader og muligheten til å komme tilbake fra en destinasjon mye lettere.

Å se romskip lande og lett ta av igjen er noe vi har sett tusen ganger i filmer. Nå ser vi det også i virkeligheten. SpaceX har nå vellykket lansert og landet mer enn 50 raketter siden de begynte å prøve i 2015.

Så, hvordan er raketter i stand til å lande tilbake på jorden? Denne artikkelen vil dekke den utrolige teknologien som ligger bak gjenbrukbare raketter.

Utfordringene ved landingsraketter

Det er flere utfordringer med landingsraketter, selv når de bare er delvis gjenbrukbare.

• Brensel: For å unnslippe jordens atmosfære må en rakett treffe utrolige 17.500 miles i timen, ellers kjent som rømningshastigheten. Dette krever en enorm mengde drivstoff. Drivstoffet er vanligvis utrolig dyrt flytende oksygen. For å lykkes med en rakett, er det nødvendig med drivstoff i reserve.
instagram viewer
• Termisk beskyttelse: For ekte gjenbruk må hele raketten være utstyrt med termisk beskyttelse, noe som vanligvis bare er igjen for den delen som vil falle tilbake til jorden. Dette forhindrer at deler av raketten blir skadet eller ødelagt ved at de kommer inn i jordens atmosfære igjen. Dette er også sant for raketter rettet mot Mars.
• Landingsutstyr: Raketten krever også landingsutstyr. Dette må gjøres så lett som mulig, samtidig som du beholder styrken som kreves for å støtte den massive raketten (Falcon 9, en av SpaceXs raketter, veier 550 tonn).
• Vekt: Jo tyngre et romskip er, desto mer drivstoff trengs, og jo vanskeligere re-entry blir. Tomme drivstofftanker gir rakett større drag og tyngde, og derfor slippes vanligvis drivstofftanker og får lov til å brenne opp i atmosfæren. Videre vil termisk beskyttelse og landingsutstyret gi betydelig vekt.

Som vi har nevnt, SpaceX har klart denne utrolige bragden mange ganger nå. Så hva er den fantastiske teknologien bak gjenbrukbare raketter?

3D -utskrift

3D -utskrift er revolusjonerer næringer over hele kloden, ikke minst teknologien bak raketter. Noen raketter er nå nesten helt 3D -trykte.

En fordel med 3D -utskrift er at ingeniører totalt sett kan produsere færre deler. Trykte deler kan være mye mer komplekse og trenger ikke dyre og unike produksjonsverktøy for hver del. Dette reduserer kostnadene ved å bygge raketter og øker effektiviteten i produksjonsprosessen.

Drivstofftanker med 3D -utskrift betyr at du ikke trenger sømmer i metallet - et typisk svakt punkt som kan forårsake problemer i raketter. En annen stor fordel med 3D -utskrift er muligheten til å produsere optiske deler av lette materialer, noe som reduserer rakettens totale vekt.

Retropropulsion og veiledning

For at en rakett skal lande må den retrograde skyvekraften være større enn rakettens vekt. Den må også vektoreres, noe som betyr at skyvekraften er retningsbestemt og kan brukes til å stabilisere rakettens nedstigning.

For at retropropulsjon skal stabilisere raketten, må den ha svært nøyaktig informasjon om rakettens posisjon, høyde og vinkel. Dette krever høyteknologiske systemer som gir nøyaktige sanntidsmålinger med direkte tilbakemelding til thrusterne. Disse kalles reaksjonskontrollsystemer (RCS).

Reaksjonskontrollsystemer

En RCS gir små mengder skyvekraft i flere retninger for å kontrollere rakettens høyde og rotasjon. Tenk på det faktum at rotasjon kan omfatte rulling, pitch og yaw, og at RCS må forhindre alle disse samtidig samtidig som den styrer nedstigningen av raketten.

RCS benytter flere thrustere plassert i en optimal konfigurasjon rundt raketten. Hovedutfordringen med thrustere er å sikre at drivstoff spares.

Et eksempel er SpaceXs Merlin -rakettsystem. Dette er en serie med 10 separate motorer som styres av et trippel-redundant kontrollsystem. Hver av de 10 motorene har en prosessorenhet, og hver prosessorenhet bruker tre datamaskiner som hele tiden overvåker hverandre for å redusere sjansen for feil drastisk.

Merlin-motoren bruker RP-1 (sterkt raffinert parafin) og flytende oksygen som drivstoff. Den siste versjonen av motoren kan strupe (kontrollere hvor mye kraft den bruker) ned til 39% av maksimal skyvekraft, noe som er avgjørende for kontroll på høyt nivå når du raketter lander.

Rutenettfinner

Rutenett brukes til å lede gjenbrukbare raketter som Falcon 9 til landingsposisjonen. Oppfunnet på 50 -tallet, har nettfinner blitt brukt i flere missiler.

Rutenettene ser ut som potetmos som stikker ut i en vinkelrett vinkel fra raketten. De brukes fordi de tillater høy kontroll over rakettflyging med hypersonisk og supersonisk hastighet. I kontrast forårsaker tradisjonelle vinger sjokkbølger og øker motstanden ved disse mye høyere hastighetene.

Fordi rutenettene tillater luftstrømmen gjennom selve finnen, har den langt mindre drag, mens raketten kan roteres eller stabiliseres ved å rotere eller sette finnen akkurat som en vinge, men mer effektivt.

En annen grunn til at nettbøter brukes er at de, med gjenbrukbare raketter, teknisk flyr bakover når de lander. Dette betyr at front- og bakenden av raketten må være ganske like, slik at de kan kontrolleres i begge retninger.

Landingsutstyr

Det er klart at en gjenbrukbar rakett trenger en slags landingsutstyr. Disse må være lette nok til å ikke drastisk øke mengden drivstoff som kreves for flyging og re-entry, men også sterk nok til å holde rakettens vekt.

For tiden bruker SpaceX -raketter 4 landingsben som er brettet mot rakettens kropp under flyging. Disse bretter seg deretter ut ved hjelp av tyngdekraften før landing.

Men, Elon Musk uttalte i januar 2021 at for SpaceXs største rakett noensinne, Super Heavy booster, ville de sikte på å "fange" raketten ved hjelp av tårnet. Dette vil redusere vekten av raketten fordi den ikke lenger trenger landingsben.

Landing i oppskytningstårnet betyr også at raketten ikke trenger å transporteres for gjenbruk. I stedet må den bare settes på igjen og drivstoff der den er.

Det er ikke alt

Raketter har tatt av og flydd ut i verdensrommet i flere tiår, men å ha dem tilbake trygt til jorden for gjenbruk har krevd mange teknologiske gjennombrudd.

Vi kunne ikke dekke all den fantastiske teknologien som brukes i raketter som kan lande tilbake på jorden, men vi håper du lærte noe nytt i denne artikkelen! Spaceflight -teknologien ekspanderer raskt, og det er spennende å vurdere hva som kan være mulig om noen få år.

Slik ser du SpaceX lanserer live

Vil du ta SpaceXs neste flytur ut i verdensrommet? Her kan du se neste lansering.

Les neste

Om forfatteren