Когда Элон Маск из SpaceX пишет что-то интересное, это вызывает волнение. Поэтому, когда он недавно написал в Твиттере, что SpaceX, возможно, работает над способом получения верхних ступеней своих ракет, это вызвало цепочку заинтригованных ответов.
SpaceX попытается вернуть верхнюю ступень ракеты с орбитальной скорости, используя гигантский воздушный шар
- Элон Маск (@elonmusk) 15 апреля 2018 г.
В течение некоторого времени SpaceX извлекает и повторно использует их нижние ступени, что снижает стоимость запуска полезных нагрузок в космос. Но это первый намек на то, что они могут попытаться сделать то же самое с верхними ступенями.
Респонденты в Твиттере хотели точно знать, что имеет в виду SpaceX и каким может быть «гигантский воздушный шар для вечеринок». Маск еще не уточнил, но одному из его последователей в Твиттере было что добавить.
Куинн Купек, студент из инженерной школы Джеймса Кларка при Мэрилендском университете, написал в Твиттере Мускусу:
Если вы предлагаете мне то, что вы думаете, замедлитель со сверхнизким коэффициентом баллистического входа, тогда вы и @SpaceX должны посмотреть, что у нас есть на @UofMaryland. Мы работали над этим некоторое время и только что закончили тестирование. Pic.twitter.com/nJBvyUnzaK
- Куинн Купец (@QuinnKupec) 16 апреля 2018 г.
Журнал «Спейс» связался с мистером Купеком, чтобы выяснить, может ли он помочь нам понять, к чему мог прийти Маск. Но сначала немного предыстории.
«Замедлитель со сверхнизким коэффициентом баллистического проникновения» - это нечто вроде глотка. Баллистический коэффициент измеряет, насколько хорошо транспортное средство может преодолевать сопротивление воздуха в полете. Высокий баллистический коэффициент означает, что машина для повторного въезда не будет быстро терять скорость и достигнет Земли на высоких скоростях. Ускоритель со сверхнизким баллистическим коэффициентом входа быстро потерял бы скорость, а это означает, что транспортное средство будет двигаться на низких дозвуковых скоростях до достижения земли.
Для восстановления усилителя верхней ступени желательны низкие скорости, поскольку они генерируют меньше тепла. Но, по словам Купека, есть еще одна проблема, которую необходимо преодолеть.
«Что происходит, когда эти вещи замедляются до скоростей посадки? Если ваш центр тяжести значительно смещен за ваш центр сопротивления, как в случае с возвращающейся верхней ступенью, он может стать нестабильным. Если центр тяжести машины для повторного въезда слишком высок, он может стать перевернутым, что, очевидно, нежелательно ».
Таким образом, хитрость заключается в том, чтобы снизить скорость транспортного средства для повторного въезда до уровня, при котором тепло, генерируемое при повторном въезде, не повреждает усилитель, и делать это, не вызывая инвертирование транспортного средства или его нестабильность. Это не проблема для ускорителей главной сцены, которые SpaceX теперь регулярно восстанавливает; у них есть свои ретро-ракеты, чтобы вести их спуск и посадку. Но для бустеров верхней ступени, которые достигают орбитальных скоростей, это препятствие, которое необходимо преодолеть.
«Мои исследования специально направлены на то, насколько высоко вы можете сдвинуть центр тяжести и при этом поддерживать правильную конфигурацию полета», - сказал Купец.
Но как насчет «гигантского воздушного шара для вечеринок», о котором написал Маск?
Мускус может в красочных терминах ссылаться на то, что называется баллутом. Слово представляет собой сочетание слов шар и парашют. Они были изобретены в 1950-х годах компанией Goodyear Aerospace. Они могут остановить спуск въездных транспортных средств и обеспечить устойчивость при спуске.
«… Шар должен быть 120 футов в диаметре и изготовлен из высокотемпературной ткани…» - профессор Дэйв Акин, Университет Мэриленда
Space Magazine связался с профессором Дейвом Акином из Университета Мэриленда, чтобы немного узнать о твите Мускуса. Профессор Акин работает над системами повторного входа более 2 десятилетий.
В ходе обмена электронной почтой профессор Акин сказал нам: «Были предложены концепции для развертывания большого аэростата на тросе, который буксируется позади вас при входе. Воздушный шар понижает ваш баллистический коэффициент, а это значит, что в атмосфере вы замедляетесь выше, а тепловая нагрузка уменьшается ». Таким образом, ключ заключается в том, чтобы проверить свою скорость, прежде чем приблизиться к Земле, где атмосфера толще и вырабатывает больше тепла.
Но, по словам профессора Акина, это не обязательно будет легко сделать. «Чтобы добиться снижения баллистического коэффициента на два порядка, о котором говорил Элон, шар должен быть 120 футов в диаметре и изготовлен из высокотемпературной ткани, так что это будет не так просто».
Но послужной список Маск показывает, что он не уклоняется от вещей, которые не легки.
Извлечение верхних ступеней ракеты - это не только снижение затрат на запуск, но и космический мусор. По оценкам Европейского космического агентства, на Земле вращается более 29 000 единиц космического мусора, и часть этого мусора используется в качестве ускорителей верхней ступени. Уже было несколько столкновений и аварий, некоторые спутники были выведены на разные орбиты. В 2009 году спутник связи Iridium 33 и несуществующий российский спутник связи Cosmos 2251 столкнулись друг с другом, уничтожив оба. Если SpaceX может разработать способ извлечения своих бустеров верхней ступени, это означает меньше места для мусора и меньше потенциальных столкновений.
Существует явный прецедент использования воздушных шаров для управления повторным входом. С такими людьми, как профессор Акин и Куинн Купек, над ней не нужно изобретать колесо. Но у них еще много работы.
Маск написал в Твиттере еще одну вещь вскоре после его «гигантского партийного воздушного шара»:
А затем приземлиться на надувной дом
- Элон Маск (@elonmusk) 16 апреля 2018 г.
Пока нет слов о том, что это может значить.
Твиттер Элона Маск «Воздушный шар гигантской вечеринки»: https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Твит Куинна Купека: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872
