Við hlökkum alltaf til mönnuðra leiðangra út í geim, en í dag ætlum við að tala um hvers vegna það er enn mikil áskorun að koma aftur áhöfn til jarðar.
Rýmið hefur alltaf laðað fólk að sér, það var eitthvað dularfullt, ókannað. Dögun, fjarreikistjörnur vekja athygli á okkur, hvetja okkur til rannsókna, tilrauna og flugs milli pláneta. Það er þess virði að segja að undanfarið virðist geimflug, þó að við ferðumst ekki enn á fyrsta farrými, hafa náð tökum á grunnmagni. Artemis 1 leiðangurinn til tunglsins átti þegar að fljúga en vegna veðurs var skotinu frestað til 2. september. Og á meðan við bíðum spennt eftir skotinu, verðum við að skilja að heimkoman verður líka mikilvæg stund, þrátt fyrir að um mannlaus verkefni sé að ræða.
Geimferðum má skipta í tvo flokka. Þau sem geimfarið mun einhvern tímann snúa aftur til jarðar eru aðallega mönnuð verkefni og þau sem fá flugmiða aðra leið. Hér má líka nefna mönnuð framtíðarleiðangur, til dæmis til Mars eftir Elon Musk, sem mun ekki endilega snúa aftur til jarðar. En í raun og veru þarf slík flugvél líka að lenda einhvers staðar. Það kemur í ljós að lendingarskeiðið er erfiðasti hluti slíkra leiðangra. Í dag munum við reyna að komast að því.
Lestu líka:
Öryggi áhafna og búnaðar
Allt frá því að maðurinn flaug fyrst út í geiminn höfum við haft áhyggjur af heilsu hans og heildarárangri flugsins. Þegar um mannað flug er að ræða getur hvert augnablik verið mikilvægt. Öryggi áhafnar og búnaðar um borð, ef um mannlaus verkefni er að ræða, hefur alltaf verið í fyrirrúmi. Verkfræðingar og leiðtogar slíkra leiðangra, sem og geimfarar eða geimfarar sjálfir, skildu alla áhættuna af slíku flugi. Ekki voru öll þessi verkefni vel heppnuð, sérstaklega þau fyrstu, en mikilvægt var að draga ályktanir, leiðrétta mistök og ekki endurtaka þær í framtíðinni.
Til dæmis, í fyrsta verkefni Apollo geimfarsins, endaði allt á hörmulegan hátt á stigi prófunar fyrir skot. Í hinu fræga Apollo 13 leiðangri varð slys í fluginu sem leiddi til þess að lending á yfirborði tunglsins varð ómöguleg. Það er gott að hægt var að bjarga áhöfninni og koma skipinu í 7,5 km fjarlægð frá Iwo Jima flugmóðurskipinu. Ályktanir voru gerðar og næsta verkefnisskip var sent út í geim aðeins 5 mánuðum síðar. Jafnvel farsælasta Apollo 11 leiðangurinn var fullur af spennuþrungnum augnablikum við lendingu geimfara á yfirborði tunglsins og í kjölfarið í flugtaki og aftur til jarðar. Sovéska Soyuz geimfarið varð einnig fyrir mörgum slysum. Þetta var og er því miður venjan í geimiðnaðinum.
Já, þetta eru aðallega einstæðar, ófyrirsjáanlegar aðstæður. Hins vegar, í öllum mönnuðum geimferðum sem felur í sér endurkomu til jarðar, er augnablik sem er alltaf töfrandi. Þú þekkir líklega þau ófyrirsjáanlegu vandamál sem koma upp við lendingu mannlausra farartækja á Mars, en þegar um mönnuð verkefni er að ræða eru mannslíf í húfi. Við munum öll eftir hamförunum 2003 - við lendinguna brann skutlan "Columbia" einfaldlega upp í þéttum lögum lofthjúpsins, öll áhöfnin, sjö manns, lést á hörmulegan hátt.
Hér að neðan er brot úr kvikmyndinni "Apollo-13", sem sýnir ferlið við að lenda geimfarunum á jörðinni. Auðvitað er þetta kvikmynd sem hefur sínar eigin reglur, hún endurspeglar ekki endilega raunveruleikann nákvæmlega, en hún er ekki mjög frábrugðin henni heldur.
Lestu líka: James Webb geimsjónauki: 10 skotmörk til að fylgjast með
Hvers vegna er slíkt vandamál að snúa aftur á öruggan hátt til jarðar úr geimnum?
Það virðist sem þyngdarafl ætti að hjálpa hér, svo það er engin þörf á að berjast við að hægja á eldflauginni. En hraði þess er tugir þúsunda kílómetra á klukkustund - þetta er sá hraði sem nauðsynlegur er til að tækið fari annað hvort á sporbraut um jörðu (svokallaður fyrsti kosmíski hraði, þ.e. 7,9 km/s), eða jafnvel út fyrir hann ( seinni kosmíska hraðann , þ.e. 11,2 km/s) og flaug til dæmis til tunglsins. Og það er þessi mikli hraði sem er vandamálið.
Lykilatriðið þegar kemur aftur til jarðar eða þegar lendir á annarri plánetu er hemlun. Þetta er jafn erfitt og að hraða skipinu í flugtaki. Enda hreyfðist eldflaugin ekki miðað við jörðina fyrir flugtak. Og það verður ekki heldur eftir að hún lendir. Eins og með flugvélina sem við förum um á flugvellinum. Þó hún nái 900 km/klst hraða (farflugshraða meðalstórrar farþegaflugvélar) á flugi stoppar hún aftur eftir lendingu.
Þetta þýðir að eldflaug sem er við það að lenda á jörðinni verður að minnka hraðann í núll. Það hljómar einfalt, en er það ekki. Flugvél sem þarf að hægja á sér úr 900 km/klst. í 0 km/klst. miðað við jörðina á miklu auðveldara með að gera en eldflaug sem er á um 28 km/klst. hraða. Auk þess flýgur eldflaugin ekki bara á brjálæðislegum hraða, heldur fer hún líka inn í þétt lög lofthjúpsins nánast lóðrétt. Ekki í horn eins og flugvél, heldur næstum lóðrétt eftir að hafa farið út af sporbraut jarðar.
Það eina sem getur í raun hægt á flugvélum er lofthjúpur jarðar. Og það er nokkuð þétt, jafnvel í ytri lögum, og veldur núningi á yfirborði lækkandi tækisins, sem við óhagstæðar aðstæður getur leitt til ofhitnunar og eyðileggingar. Svo, eftir að geimskipið minnkar niður í aðeins minni hraða en fyrsta geimskipið, byrjar það að síga niður og falla til jarðar. Með því að velja viðeigandi flugleið í andrúmsloftinu er hægt að tryggja að álag fari ekki yfir leyfilegt gildi. Hins vegar, við niðurgöngu, geta og ættu veggir skipsins að hitna upp í mjög hátt hitastig. Þess vegna er örugg niðurkoma í andrúmsloft jarðar aðeins möguleg ef það er sérstakur hitavarnarbúnaður á ytri hlífinni.
Jafnvel lofthjúpur Mars, sem er meira en 100 sinnum þynnri en lofthjúpur jarðar, er alvarleg hindrun. Þetta finnst öllum tækjum sem fara niður á yfirborð rauðu plánetunnar. Oft verða slys með þeim, eða þau brenna einfaldlega upp í andrúmslofti Mars.
Stundum er slík hemlun gagnleg, eins og sést af verkefnum þar sem andrúmsloftið þjónaði sem aukabremsa, sem hjálpaði farartækjunum að komast inn á markbraut plánetunnar. En þetta eru frekar undantekningar.
Einnig áhugavert:
Lofthemlun er áhrifarík, en hún hefur mikla galla
Já, andrúmsloftshemlun er nokkuð áhrifarík, en hún hefur mikla galla, þó hún sé nauðsynleg fyrir árangursríka hemlun.
Slík hraðaminnkun þegar um er að ræða brautarferðir til annarra reikistjarna er ekki lokið og endurkoma til jarðar tengist algjörri hraðaminnkun. Sama á við um lendingu flakkarans á Mars. Kanni sem fer inn á sporbraut sína má ekki stöðvast alveg, annars myndi hann falla niður á yfirborð rauðu plánetunnar.
Tæki í geimnum, á braut um jörðu eða snúa aftur frá tunglinu, hreyfast á þeim gífurlega hraða sem þeim var gefinn við flugtak. Þess vegna, til dæmis, stillir Alþjóðlega geimstöðin sporbrautina af og til, hækkar hana, því því hærri sem hún er, því lægri ætti hraðinn sem þarf til að vera á brautinni að vera.
Þar sem að veita þessum hraða þarf samsvarandi orkueyðslu, verður hemlun að tengjast svipaðri orkueyðslu. Því ef hægt væri að hægja á tækinu áður en það fer út í andrúmsloftið, fljúga á litlum hraða eða jafnvel falla hægt til jarðar myndi það ekki hitna svo mikið og hættan fyrir áhöfnina væri óveruleg.
Þetta er þar sem aflinn liggur. Geimflug krefst mikils orkukostnaðar. Massi farms eldflaugarinnar er lítill hluti af heildarflugtaksmassa eldflaugarinnar. Að mestu leyti er eldsneyti í miðri eldflauginni sem brennur að mestu á fyrsta stigi leiðarinnar í gegnum neðri lög lofthjúpsins. Nauðsynlegt er að senda búnað eða áhöfn skipsins út í geim. Einnig þarf eldsneyti til að komast út úr sporbraut jarðar við lendingu og mjög mikið af því. Því er hætta á að eldsneytið kvikni í skipinu við hemlun. Í flestum tilfellum eru það eldsneytisgeymar sem springa úr háum hita við lendingu.
Einnig áhugavert:
- 10 skrítnustu hlutir sem við lærðum um svarthol árið 2021
- Terraforming Mars: Gæti rauða plánetan breyst í nýja jörð?
Lending, svipað og flugtak, aðeins í öfuga átt
Til þess að hægja næstum alveg á ökutækinu áður en það fer út í andrúmsloftið þarf að nota sama magn af eldsneyti og við flugtak, að því gefnu að massi ökutækisins breytist ekki verulega í leiðangrinum. Hins vegar, þegar við bætum því eldsneyti sem þarf til að lyfta skipinu og fyrir síðari hemlun við þyngd skipsins, þá reynist það margfaldast. Og það er einmitt þessi dapurlegi hagfræðilegi útreikningur sem gerir það að verkum að enn er nauðsynlegt að treysta á hömlun lofthjúps jarðar.
Sem dæmi má nefna að þegar SpaceX Falcon 9 eldflaugar lenda er notað eldsneyti, en hér er eldflaugin sjálf mjög létt (aðallega snýr aðeins eldsneytisgeymirinn aftur til jarðar) og afturför úr fjarlægri braut fer ekki fram.
Verkfræðingar hafa reiknað út að lending á jörðinni krefst sömu eldsneytisauðlindar á hvert kílógramm og flugtak á braut. Það er, það er næstum eins og flugtak, aðeins í gagnstæða átt.
Og líklega mun þetta vera svona í langan tíma. Ekki aðeins í Artemis 1 verkefnunum, heldur líka eftir að maður kemst á rauðu plánetuna. Þegar þessi hindrun verður að einhverju leyti yfirstigin, þá verður hægt að segja að við höfum loksins náð tökum á geimflugi. Vegna þess að allir geta tekið á loft, en það geta verið vandamál við lendingu.
En sagan þekkir mörg dæmi þegar vísindamönnum okkar og verkfræðingum tókst að leysa flókin vandamál. Við vonum að mjög fljótlega verði flug til tunglsins eða Mars ekki erfiðara en flug frá New York til Kyiv. Með skemmtilegri og öruggri lendingu.
Ef þú vilt hjálpa Úkraínu að berjast við rússneska hernámsliðið er besta leiðin til að gera það að gefa til hersins í Úkraínu í gegnum Bjarga lífi eða í gegnum opinberu síðuna NBU.
Lestu líka:
Af hverju nota þeir ekki endurkomuatburðarás blendinga geimfara. Ekki hitaþolnir "vængir" og ekki varmaeyðingarhlífar + fallhlíf.
Svifflug með hemlun á móti andrúmsloftinu, lokastýrð „fallhlífarstökk“ á spuna „trampólíni“. Og þú þarft ekki að brenna eldsneyti, kannski óframleiddum leifum. Við skiljum undirvagninn eftir á jörðinni, við tökum aðeins stjórnkerfið.
Sérstaklega er álit óviðurkennds stærðfræðisnillings og hagnýts altruists áhugavert.