Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Космические корабли

Для чего космическому кораблю крылья?

05.04.2021 02:07:14 | Автор: admin

В предыдущей статье удалось показать, что вход в атмосферу с подъемной силой позволяет уменьшить перегрузки и тепловое воздействие при торможении в атмосфере. Но какие еще преимущества дает наличие аэродинамического качества у космического корабля? И как можно увеличить аэродинамическое совершенство корабля ?

Облик корабля с несущим корпусом

Самый простой вариант корабля с несущим корпусом - конус с притупленным носком. Носовое притупление создает отсоединенный скачок на безопасном (для теплозащиты корпуса) расстоянии, а избыточное давление от торможения воздуха формирует подъемную силу на корпусе. Для расчета такой компоновки есть достаточно простые аналитические зависимости, позволяющие при помощи терпения и любого доступного расчетного инструмента получить набор аэродинамических характеристик ( Н.С. Аржаников, Г.С. Садекова, "Аэродинамика летательных аппаратов", Глава 11)

Основным ограничением на облик нашего возвращаемого КА будет полезный объем (который должен быть не хуже 10,4 м3 кабины Apollo ).

Длина, м

9,6

Масса, кг

5460

Площадь миделя, м2

7,065*

Максимальное качество, -

1,3

* с диаметром миделя в 3 метра такой корабль может разместиться на Falcon-9 (диаметр миделя - 3,7 м)

Внешний вид спускаемого аппарата
Аэродинамические характеристики
Ближайший аналог - грузовой модуль программы "Constellation"

В таких модуля предполагалось доставлять на Марс компоненты пилотируемой экспедиции. Ожидаемое аэродинамическое качество ~ 0,5

Сценарий-1. Простой спуск с орбиты

В предыдущей статье рассматривалось торможение в атмосфере после возвращения с Луны на скорости, близкой к 2-ой космической. Рассмотрим более насущную задачу - возврат космического корабля с низкой околоземной орбиты на скорости чуть меньше 1-ой космической. Параметры входа в атмосферу V = 7650 м/с, H = 120 км, Th = -1,5 град.

Траектория спуска без бокового маневра

Корабль-капсула начнет интенсивное торможение (с перегрузкой более 1g) спустя 206 секунд на высоте 69,5 км. На 225 секунде начнется планирование с малым аэродинамическим качеством (~0,17-0,18), корабль будет интенсивно терять скорость и приземлится на 654 секунде после входа в атмосферу, пройдя 2560 км.

Корабль с несущим корпусом за счет намного более обтекаемой формы будет терять скорость медленнее, и перегрузки составят ~ 0,5g. К 271 секунде полета подъемная сила, создаваемая нижней поверхности корпуса, позволит кораблю начать отскок с высоты 57,5 км до 72,8 км (похожим образом должен был глиссировать Silbervogel Э. Зенгера ). К 759 секунде корабль вернется на эшелон равновесного планирования (~ 61,7 км в начальной точке), и к 2150 секунде на высоте в 21,6 км скорость корабля снизится до звуковой (310 м/с).

Поскольку конический фюзеляж не обеспечивает достаточное для посадки аэродинамическое качество, то траектория перейдет в пикирующую (~ 65 градусов). Приземление произойдет на 2342 секунде после входа в атмосферу, при этом корабль пройдет расстояние в 11400 км. Максимальная продольная перегрузка составит 1,37g, поперечная - 0,94g.

Сценарий-2. Боковой маневр

Теперь усложним задачу и добавим маневр крена в начале атмосферного торможения КА. С 250 по 350 секунду полета космический корабль развернется по крену на 60 градусов, чтобы большая часть подъемной силы корпуса была направлена вбок.

Для Apollo смещение в боковой плоскости составит 0,23 градуса широты - траектория отклонится к югу на 25,6 км. Поскольку подъемная сила развернута вбок, то спуск в атмосферу происходит интенсивнее, и пройденный путь уменьшится - корабль приземлится на 2340 км от точки входа.

Боковой маневр в координата "долгота-широта"

Жирная темно-синяя линия - Apollo; красная - "несущий" КА, маневр аналогичен Apollo; Синяя - "несущий" КА, максимальный маневр по курсу.

Корабль с несущим корпусом сместится на 4,25 градусов широты - на 472,5 километров к югу. Пройденный путь составит 9852 км. Если продлить участок крена до 1050 секунды, то смещение в боковом направлении составит 1579 км, суммарное пройденное расстояние - 6646 км. Дальнейшее увеличение продолжительности маневра (или угла крена) приводит к более раннему торможению и еще большему падению дальности

Полученные цифры хорошо согласуются с материалами веб-журнала "Инженерный журнал: наука и инновации". При сходе с НОО маневр "капсулы" - <100 км, тогда как зона маневра бескрылого корабля с несущим корпусом уже составляет порядка 1000 - 1500 км. Поскольку на маневр расходуется часть подъемной силы космического аппарата, то лучший способ увеличения маневренности - рост аэродинамического качества за счет "сплющивания" фюзеляжа космического корабля, использования крыльев и стабилизаторов.

Выводы

Траектория корабля с достаточно высоким (~ 1 и больше) аэродинамическим качеством радикальном отличается от траектории "капсульного" корабля. Продолжительный полет с гиперзвуковыми (~ 6000 м/с в начале участка равновесного планирования) скоростями требует от теплозащиты способность выдерживать умеренные (по сравнению с капсульными кораблями) тепловые нагрузки долгое (~ 1800 - 2000 с) время.

Поскольку излучение - основной канал сброса тепла, то обшивка корабля на наветренной стороне должна обладать высоким коэффициентом черноты (и низкой теплопроводностью).

Траектории "несущего" КА с маневрами по крену разной продолжительности

Зеленая линия - планирование без боковых маневров, красная - маневр продолжительностью 100 с, синяя - 800 с

Поскольку маневр в путевой плоскости сопровождается снижением высоты (см. графики чуть выше) и увеличенным сопротивлением в более плотных слоях атмосферы, то можно уменьшать время атмосферного участка (и продолжительность теплового воздействия) "змейкой" с одним или несколькими участками крена в противоположных направлениях.

Хотя аэродинамическое качество 1 - 1,5 обеспечивает высокие летные качества при гиперзвуковом полете в верхних слоях атмосферы, но его недостаточно для мягкой посадки без парашюта или тормозных двигателей. Возможное решение проблемы - выдвижные крылья, находящиеся в аэродинамической тени и/или спрятанные в корпус.

FDL-7Экспериментальный аппарат НАСА для отработки "несущих" корпусов с раскладным крыломFDL-7Экспериментальный аппарат НАСА для отработки "несущих" корпусов с раскладным крылом

Страница официального сайта НАСА с описанием "несущих" корпусов

При достижении трансзвуковых скоростей крылья раскрываются и увеличивают несущую поверхность и аэродинамическое качество.

Альтернативой может быть "скользящее" крыло или посадка с помощью параплана.

AD-1. Экспериментальный самолет НАСА для отработки "скользящего" крылаAD-1. Экспериментальный самолет НАСА для отработки "скользящего" крыла

Исследования НАСА по "скользящим" и поворотным крыльям.

Немного векторной алгебры

Пара моментов, которые облегчили мне переход от "плоской" баллистической модели к полноценному расчету в трехмерном пространстве вокруг шарообразной Земли

Поворот относительно произвольного вектора

Особенно полезен при вычислении направления подъемной силы (сопротивление направлено против вектора скорости, и с ним все ясно)

Угол между двумя векторами с сохранением знака
Вся магия - в сохраняющем знак векторе cross и его скалярном произведении с вектором, не лежащим в плоскости, образуемой векторами U и VВся магия - в сохраняющем знак векторе cross и его скалярном произведении с вектором, не лежащим в плоскости, образуемой векторами U и V

Репо с программой-моделью и исходными данными живет на моем гитхабе. Можно потыкать палочкой, можно форкнуть - вдруг кому-то еще захочется поиграться

Подробнее..

Покорение Венеры Индия запустит орбитальный зонд Шукраян-1

26.11.2020 12:17:06 | Автор: admin

Индийское аэрокосмическое агентство (ISRO, Indian Space Research Organisation) запустит первую свою миссию к Венере. По планам, в декабре 2024 года к планете полетит орбитальный зонд Шукраян-1 (Shukrayaan-1). На борту корабля будет установлен спектометрический комплекс, разработанный совместно с российскими учеными VIRAL. Основная цель индийской миссии составить карту поверхности и недр Венеры, изучить взаимодействие солнечных потоков с ее ионосферой. Особое внимание будет уделено химическому составу атмосферы планеты.

Облака из серной кислоты, ураганные ветры, огромное давление и температура, при которой плавится свинец. Это не фантастическая картина конца света, предсказанного Гретой Тунберг. В целом обстановка на Венере далеко не оптимальна для изучения планеты, а воздух над ней и вовсе напоминает полужидкий-полугазообразный океан. Но это не останавливает ISRO, которое 3 года назад объявило о желании отправить к Венере орбитальный зонд Шукраян-1. И это желание реализовано! Если все пойдет хорошо, то космический аппарат сможет в течение 4 лет исследовать планету.

Миссия Шукраян-1
Фото: ISRO


Изначально предполагалось, что зонд отправят на год раньше. Но старт приходится откладывать из-за задержек, связанных с пандемией. Оптимальное окно для запуска миссий к Венере, когда планета ближе всего к Земле, наступает примерно каждые 19 месяцев.

Точная конфигурация миссии пока не установлена, с ней определятся в ближайшие 3-6 месяцев. На данный момент вес Шукраян-1 составляет 2500 кг, из которых от 100 до 175 кг отведено на научные приборы. В перечне кандидатов на полет со спутником20 приборы из России, Франции, Швеции и Германии. По заявлению Французского космического агентства (CNES), созданный совместно с Роскосмос прибор VIRAL (или Venus Infrared Atmospheric Gases Linker) также полетит на Шукраян-1.

Фото: Unsplash

До Венеры зонд будет лететь в течение нескольких месяцев. А потом выйдет на высокоэллиптическую орбиту в 500 на 60 тыс. км вокруг планеты. Через год, используя воздушное торможение, он снизится до орбиты в 200 на 600 км, с которой будет проводить научные исследования.

Почему Венера?


Исследование Венеры началось еще в 1960-х годах, когда планету изучали с помощью облетов, орбитальных зондов, нескольких спускаемых аппаратов. Ученые надеялись обнаружить на планете условия пригодные для жизни.

Схема автоматической межпланетной станции Венера-5, 1969 год
Фото: ТАСС


Атмосфера Венеры состоит на 96,5% из углекислого газа, на 3,47% из азота. Кислорода там нет вообще. На высоте 50-65 км над планетой атмосфера, температура и давление почти такие же, как на Земле. Некоторые ученые даже предлагали колонизировать именно верхние слои венерианской атмосферы.

Вокруг Венеры за последние 30 лет облетело всего 3 аппарата, сделанных руками человека., Сейчас космические агентства по всему миру вновь проявляют интерес к загадочной планете близнецу Земли.

Изучать Венеру планируют не только индийцы. В этом году NASA запланировала две миссии к Венере, рассматривая возможные запуски на 2025 и 2028 годы. Вероятно, к 2030 году Европейское космическое агентство отправит к Венере аппарат EnVision. В России ведут работы над концепцией орбитального аппарата и посадочного модуля Венера-Д, который отправится в путь не ранее 2023 года.

С индийским размахом


Индию называют шестой космической державой в мире. Страна имеет собственную пилотируемую программу, самостоятельно запускает спутники связи, возвращаемые космические аппараты и автоматические межпланетные станции к Луне и Марсу.
С 2008 года в Индии реализуют программу исследования Солнечной системы.

К 2022 году страна собирается отправить пилотируемую миссию к Луне. На данный момент, к Луне отправляют пилотируемые миссии с собственными ракетами-носителями только три страны: Россия, США и Китай. Остальные используют иностранные аппараты.

ISRO назвало Лунную миссию Гаганьян (Gaganyaan). На полет будет потрачено 1,28 млрд рупий (~ $17,3 млн). В миссии будет задействована самая мощная в Индии одноразовая ракета-носитель Geosynchronous Satellite Launch Vehicle Mark III.

Подробнее..

Первый полет New Shepard с людьми на борту назначен на 20 июля 2021

06.05.2021 02:09:05 | Автор: admin

Об этом на своем сайте сообщила компания Blue Origin. В первом рейсе одно место предлагается победителю аукциона закрытые торги начались 5 мая. Саму новость и начало аукциона компания приурочила к 60-летию первого полета американского астронавта в космос (в честь которого, кстати, и назван корабль) Алана Шепарда.

Немного об испытаниях и самом New Shepard

New Shepard многоразовый космический корабль для суборбитальных полетов. Состоит из капсулы, которая доставляется на высоту порядка 100 км одноступенчатой ракетой-носителем. После разделения капсула совершает посадку с помощью системы парашютов, а РН вертикально приземляется с помощью маршевого двигателя ВЕ-3. В качестве горючего выступает жидкий водород, а окислителя жидкий кислород. Тяга составляет порядка 490 килоньютонов.

После старта, New Shepard вертикально разгоняется около 110 секунд, после чего на высоте 40 км происходит разделение капсулы и ступени. Двигатель перезапускается для совершения точечной вертикальной посадки РН со скоростью примерно 8 км/ч на четыре выдвижные опоры.

Схема полета. Источник: www.blueorigin.comСхема полета. Источник: www.blueorigin.com

Капсула после разделение продолжает набирать высоту, преодолевая линию Кармана (100 км над уровнем моря), которая принимается условной границей между атмосферой и космосом. Предполагается, что капсула будет около 4 минут в невесомости.

Разработка первого прототипа New Shepard началась в далеком 2006 году. Тогда же компания приобрела чуть больше 750 кв.км земли в штате Техас для постройки космодрома и вспомогательных сооружений.

После этого инженеры компании усиленно занялись разработкой и испытанием летных образцов. Через некоторое время все это принесло свои плоды и 23 ноября 2015 года состоялся успешный запуск корабля, после которого и капсула и ступень ракеты-носителя успешно совершили посадку.

В 2016 году та же ракета была запущена еще два раза 22 января и 1 апреля. New Shepard стал первым кораблем, который совершил 3 успешных последовательных запуска с достижением линии Кармана, используя многоразовую РН и каждый раз совершая мягкую посадку.

После этого активно моделировались аварийные и нештатные ситуации капсула экстренно отсоединилась от ракеты, проверялась система эвакуации и отключалась одна из систем выброса парашютов приземление происходило с помощью двух. Во всех случаях корабль и РН успешно достигли Земли.

в 2018 и 2019 Blue Origin совершила ряд запусков с манекеном по имени Скайуокер, испытала новую капсулу и отправила больше 38 экспериментов и исследований по влиянию микрогравитации в суборбитальный полет.

13 октября 2020 года при запуске проверялось оборудование от Blue Origin , предназначенное для точной посадки на Луне в пределах 100 м от заданной точки.

Финальное испытание и первый турист

14 апреля 2021 года состоялся очередной полет New Shepard. В качестве пассажира снова выступил манекен Скайуокер с датчиками. Но в этот раз перед полетом экипаж из состава Blue Origin имитировал посадку на корабль и предполетную подготовку, после чего покинул капсулу. Когда она совершила посадку, командой были отработаны действия по завершению полета и выходу из корабля.

После успешного запуска и приземления, представители компании заявили, что готовы к отправке людей на корабле New Shepard. Первый полет намечен на 20 июля. Одним из членов экипажа станет человек, который выиграет онлайн-аукцион. Он стартовал вчера (5 мая) и завершится 12 июня. Все вырученные средства направят в фонд Club for the Future, цель которого вдохновить молодежь на изучение космоса, в том числе с помощью экспериментов Blue Origin. Имена остальных членов экипажа пока не названы. Можно предположить, что ими станут высшие должностные лица, ученые или инженеры компании.

Успешный запуск New Shepard может стать значительным шагом на пути развития космического туризма. По крайней мере, один из пассажиров этого корабля поднимется на 100 км вверх за свои деньги. К тому же, Blue Origin может захватить лидерство в этой отрасли, поскольку непонятно когда стартуют полеты от Virgin Galactic.

Ну и отдельный интерес насколько поднимут ставки участники аукциона. 19 мая он вступает в фазу открытых торгов возможно Blue Origin предоставит некоторую информацию по динамике цены.

Ну а пока остается подождать 20 июля и узнать, станет ли первый запуск New Shepard с экипажем на борту успешным.

Подробнее..

Спутниковый интернет от Starlink помогает в борьбе с лесными пожарами в США

30.09.2020 18:23:32 | Автор: admin

В борьбе с лесными пожарами спасателям помогает спутниковый интернет Starlink от компании SpaceX. SpaceX представила Вашингтонскому отделу управления чрезвычайными ситуациями пользовательские терминалы, необходимые для подключения к интернету от Starlink. Система позволяет подключить к интернету сельские районы, где спасатели борются с лесными пожарами.


В планах SpaceX построить сеть из 12 тысяч низкоорбитальных спутников. Такое количество необходимо для обеспечения максимального охвата интернетом всей планеты. На данный момент SpaceX запустила 800 спутников, часть из которых уже выведены с орбиты. Но большая часть из них функционирует. Бета-тестирование сети было намечено в районе Вашингтона.

Вашингтонский отдел управления ЧС использует пользовательские терминалы SpaceX в двух районах: рядом с Малденом (Malden) в штате Вашингтон, опустошенном лесными пожарами, и в западном Вашингтоне в районе другого лесного пожара.

Что именно произошло


Спутниковый интернет помогает аварийно-спасательным службам координировать деятельность по тушению пожаров. Они управляют сбросом воды, направляют запросы при необходимости дополнительных ресурсов. Сейчас интернет от Starlink использует в Малдене население, восстанавливающее свои дома. В агентстве считают, что система применима не только во время лесных пожаров, но и в период других катаклизм, включая лесные землетрясения.

Это первый случай, когда услугами Starlink воспользовались публично. В SpaceX не ответили на запрос комментария CNN, хотя Илон Маск ответил на твит Вашингтонского отдела управления ЧС. Маск сказал, что рад помочь и его компания уделяет особое внимание местам, где нет подключения к Интернету.

Пожар в городе Малден. Фото: CNN
Пожар охватил город Малден 7 сентября, разрушено 80% домов, включая пожарную часть, почту, мэрию и библиотеку. Большинство телекоммуникационных сооружений в городе были также уничтожены.

Почему Starlink?


Starlink глобальная спутниковая система, которую разворачивает компания SpaceX. Проект обещает предоставлять широкополосный доступ к интернету с высокой скоростью в труднодоступных, удаленных местах и там, где раньше он был просто невозможен из-за отсутствия инфраструктуры.

В планах компании в 2020 году запустить сеть доступа к интернету в северной части США и Канаде, а в 2021 году расширить зону покрытия на всю планету.

После окончания срока службы спутники Starlink используют бортовую двигательную установку, чтобы сойти с рабочей орбиты в течение нескольких месяцев. Если спутники выйдут из строя, то сгорят в атмосфере Земли за 1-5 лет.

Вес компактных плоской конструкции спутников 260 кг. Некоторые из спутников видны с Земли невооруженным глазом. Спутники получают энергию от солнечной батареи и оснащены ионными двигателями на инертном газе криптоне.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru