Opakovaně použitelná kosmická loď - Reusable spacecraft

Tento článek je o opakovaném použití kosmická loď. Pro výrazné odpalovací systémy viz Opakovaně použitelný spouštěcí systém.
Raketoplán Objev provedení a salto vzad manévr během STS-120.

A opakovaně použitelná kosmická loď je třída kosmická loď které byly navrženy s ohledem na opakovaný start, oběžnou dráhu, deorbit a atmosférický návrat. To je v rozporu s konvenčními kosmickými loděmi, které jsou navrženy tak, aby byly po použití vyhozeny (vyhozeny a nechány hořet během opětovného vstupu). Příklady opakovaně použitelných kosmických lodí jsou kosmická letadla (tak jako Raketoplány a Lapač snů ) a vesmírné kapsle jako SpaceX Dragon. Taková kosmická loď potřebuje mechanismy, které zabrání rozpadu kosmické lodi a jejích cestujících / nákladu během návratu. Selhání takových systémů může být katastrofické, jak se stalo v Raketoplán Columbia katastrofa.

Design

Atmosférický vstup

Mezi opakovaně použitelné kosmické lodě patří mechanismy k deorbitování a znovu vstoupit do atmosféry řízeným způsobem. Za tímto účelem Raketoplán zahrnuta OMS lusky a SpaceX Dragon zahrnoval vlastní motory, které se používaly k deorbitaci. Deorbiting zpomalí kosmickou loď a způsobí její sestup.[1][2]

Jako hrubé pravidlo platí, že musí být 15% přistávací hmotnosti atmosférického návratového vozidla tepelné stínění.[3]

Systémy tepelné ochrany (TPS) mohou být vyrobeny z různých materiálů, včetně vyztužený uhlík-uhlík a ablativní materiály.[4] Historicky byly tyto materiály nejprve vyvinuty na ICBM MIRV. Požadavky na opakovaně použitelné vesmírné systémy se však liší od požadavků návratových vozidel na jedno použití, zejména s ohledem na tepelný štít požadavky. Zejména potřeba trvalé vysoké emisivita povlaky, které vydrží několik tepelných cyklů, představují klíčový požadavek ve vývoji nové opakovaně použitelné kosmické lodi. Současné materiály pro tak vysoké emisivita povlaky zahrnují disilicidy přechodných kovů.[5]

Ablativní tepelné štíty jsou spolehlivé, ale lze je použít pouze jednou a jsou těžké. Zesílený uhlík-uhlík tepelné kameny jako ty používané na raketoplánu jsou křehké, a to se ukázalo při katastrofě raketoplánu Columbia. Výroba odolného, ​​ale lehkého a efektivního tepelného pláště představuje výzvu. The LI-900 materiál byl použit na raketoplánu.

Přistání a rekonstrukce

Kosmické lodě, které přistávají vodorovně na přistávací dráze, vyžadují křídla a podvozek. Ty obvykle konzumují asi 9-12% hmoty kosmické lodi,[Citace je zapotřebí ] což buď snižuje užitečné zatížení, nebo zvětšuje velikost kosmické lodi. Pojmy jako zvedání těl nabídnout určité snížení hmotnosti křídla,[Citace je zapotřebí ] stejně jako delta křídlo tvar Raketoplán orbiter.

Vertikální přistání lze dosáhnout buď padáky, nebo propulzivně. SpaceX Dragon byl příkladem vesmírná kapsle s opětovným použitím padáku. Jeho derivát, Drak 2, bylo původně zamýšleno jako úmyslné přistání na zemi. Taková koncepce opětovného použití však byla zrušena v roce 2017 a nyní k přistání na moři používají padáky.

Poté, co kosmická loď přistane, bude možná nutné ji renovovat, aby se připravila na další let. Tento proces může být zdlouhavý a nákladný a může trvat až rok. A sonda možná nebude moci být po rekonstrukci znovu certifikována jako lidská. Nakonec existuje limit, kolikrát může být kosmická loď renovována, než musí být vyřazena, ale jak často může být kosmická loď znovu použita, se mezi různými konstrukcemi kosmických lodí výrazně liší.[6][7]

Seznam opakovaně použitelných kosmických lodí

NÁS.

Ve vývoji

Ruský / sovětský

Ve vývoji

Zrušeno

Ostatní

Ve vývoji

  • Space Rider (Evropský; robotický; kosmická loď; nástupce IXV )
  • Avatar (Indie; robotické; kosmické letadlo)

Zrušeno

Viz také

Reference

  1. ^ "Dragon - kosmická loď a satelity". Citováno 2020-05-31.
  2. ^ „Coming Up: Crew Dragon Deorbit Burn - Commercial Crew Program“. blogs.nasa.gov. Citováno 2020-05-31.
  3. ^ Chung, Winchell D. Jr. (2011-05-30). "Základní design". Atomové rakety. Projectrho.com. Citováno 2011-07-04.
  4. ^ Johnson, Sylvia (září 2012). „Materiály pro tepelnou ochranu: vývoj, charakterizace a hodnocení“ (PDF). Výzkumné centrum NASA Ames.
  5. ^ Povlaky s vysokou emisivitou na vláknité keramice pro opakovaně použitelné vesmírné systémy Věda o korozi 2019
  6. ^ Thompson, Loren. „SpaceX opouští plán na opětovné použití kosmické lodi astronautů; Boeing se drží plánu opětovného použití“. Forbes. Citováno 2020-05-31.
  7. ^ „SpaceX uvádí Dragon na trh při přípravě na další nákladní smlouvu“. SpaceNews.com. 2019-07-25. Citováno 2020-05-31.