Zanimivo

Vesoljska letala za večkratno uporabo skozi veke

Vesoljska letala za večkratno uporabo skozi veke


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ko pride ravno do tega, je raziskovanje vesolja precej hudič drago! Stroški izdelave in servisiranja raketnih nosilcev so dovolj slabi, toda ko upoštevate stroške goriva, postanejo naravnost previsoki. Ni čudno, zakaj so to do nedavnega lahko opravljale le zvezne vesoljske agencije.

Da bi zmanjšali s tem povezane stroške in naredili raziskovanje vesolja bolj dostopno, vesoljske agencije po vsem svetu iščejo vesoljska plovila za večkratno uporabo. Podobno kot rakete za večkratno uporabo, ki jih zasledujejo letalske družbe, kot sta SpaceX in Blue Origin, naj bi vesoljska letala eksponentno znižala stroške odhoda v vesolje.

POVEZANE: KITAJSKA DO LETA 2020 LASTI PONOVNO VOZILO VOZILSKEGA PROSTORA X

Seveda to ni povsem nov koncept. Od začetka vesoljske dobe v knjigah obstajajo načrti za vesoljska letala za večkratno uporabo. Toda šele po zaprtju Ere Apollo se je začelo slediti tem in drugim konceptom - predvsem zaradi potrebe.

In s časom obnovljenega raziskovanja vesolja se mnoge stare ideje pobirajo, odprašujejo in ponovno ocenjujejo za sodobno uporabo. Oglejmo si zgodovino ideje in kam nas lahko vodi.

Zgodnji koncepti

Kot pri vsem drugem, kar je povezano z raziskovanjem vesolja, se je tudi zgodovina vesoljskih plovil za večkratno uporabo začela kmalu po drugi svetovni vojni. Takrat so bile ZDA in Sovjetska zveza zaklenjene v stanje konkurence in enoličnosti, ki bi trajalo skoraj pet desetletij.

Oba sta se polastila Nemčije, oba pa sta imela zaradi tega veliko tehnologije in strokovnega znanja. To je vključevalo napredek v reaktivnem pogonu in raketni tehniki, ki sta ga obe strani poskušali izkoristiti, da bi dobili prednost pred drugo.

Poleg postavljanja novih rekordov hitrosti za letala so ZDA in Sovjeti želeli v orbito poslati umetne satelite in vesoljska plovila s posadko. Končni cilj ni bil le dokazati premoč njihovih gospodarstev, ampak tudi preprečiti, da bi bili vojaško prikrajšani.

Nadzvočno:

Takoj po 2. svetovni vojni so sovjetski in ameriški znanstveniki začeli izvajati eksperimente z raketnimi letali. V mnogih pogledih je bilo to nadaljevanje poskusov, ki jih je med vojno izvajala Nemčija.

Nemški znanstveniki so se morali v zraku soočiti z izjemnimi verjetnostmi, da preiskujejo druge pogonske metode za ustvarjanje lovskih in bombniških letal, ki bi bila boljša od vsega, kar bi zavezniki lahko zbrali. Poleg reaktivnih motorjev so bile obsežno preizkušene tudi rakete.

Za slednje se je zdelo, da so bile vojaške aplikacije omejene. Po zrakoplovu je bilo z raketnimi letali težko manevrirati, vzleti in pristanki pa so bili piloti zelo težki za izvedbo. Toda ko je šlo za hitrost, jim ni bilo para.

Zaradi tega so ameriški in sovjetski vesoljski inženirji uspešno eksperimentirali s številnimi letali za večkratno uporabo, ki so bila sposobna doseči nadmorske višine in hitrosti, ki so bile prej nezaslišane. Ti so pomagali utirati pot do orbitalnih vesoljskih plovil in izstrelitev.

Primeri vključujejo Zvon X-1, eksperimentalno letalo, ki so ga skupaj razvili Nacionalni svetovalni odbor za aeronavtiko (NACA, predhodnik NASA), zračne sile ameriške vojske in ameriške zračne sile (USAF).

14. oktobra 1947 je to letalo preletelo petdeseti izlet in ga je vodil legendarni poskusni pilot stotnik Charles "Chuck" Yeager. Na tej režiji je X-1 je postalo prvo letalo, ki je doseglo hitrost 1100 km / h (700 mph).

Z drugimi besedami, Yeager in The X-1 postal prvi pilot in letalo, ki je prebilo zvočno pregrado (Mach 1). V naslednjih letih bi zvočna pregrada mnogokrat bolj porušila X-1 in druge različice zasnove.

Vrhunec hladne vojne

Konec petdesetih in v šestdesetih letih je razvoj eksperimentalnih letal in vesoljskih plovil dosegel vrhunec. To je odražalo napredek, dosežen z ustreznimi vesoljskimi programi ZDA in Sovjetske zveze, ki sta zasledovala rakete in vesoljska plovila, ki bi lahko dosegla Luno.

V tem zgodovinskem kontekstu je Severnoameriški X-15 Oblikovanje je začelo izvajati preizkusne lete, sčasoma pa je kulminiralo letalo, ki je doseglo hitrost do 6,7 macha (8270 km / h; 5.140 mph) in nadmorske višine nad 100 km (66 milj).

Med letoma 1957 in 1963 sta ameriška vojska in Boeing proučevala tudi oblikovanje vojaškega vesoljskega letala, ki bi lahko izvajalo vse, od izvidniških in reševalnih akcij do satelitskega vzdrževanja in sabotaže.

Rezultat je bil X-20 Dynamic Soarer (Dyna-Soar), vesoljsko plovilo z enim pilotom, ki bi ga z enostopenjsko raketo izstrelili v vesolje in nato s svojo močjo pristali na vzletni stezi. Medtem ko bi bil program opuščen takoj, ko se je začela gradnja, bi bil zasnovan za prihodnje koncepte, kot je Lovilec sanj (glej spodaj).

Leta 1965 so tudi Sovjeti začeli delati na vesoljskem letalu za večkratno uporabo prek programa eksperimentalnih potniških orbitalnih letal (EPOS), znanega tudi kot "Spirala". To je sčasoma pripeljalo do Mikoyan-Gurevich MiG-105, vesoljsko letalo s posadko za vodoravni vzlet in pristanek (HOTOL).

Projekt je bil ustavljen leta 1969, vendar se je leta 1974 nadaljeval kot odgovor na ameriški program vesoljskega prevoza. Prvi testni let je bil izveden leta 1976, skupno pa je bilo opravljenih osem letov do leta 1978, ko je bil EPOS odpovedan v korist programa Buran (glej spodaj).

Doba vesoljskega plovila

V zgodnjih sedemdesetih letih je spreminjajoče se proračunsko okolje in konec "vesoljske dirke" prisililo NASA in Sovjetsko zvezo, da raziščeta načine za zmanjšanje s tem povezanih stroškov izstrelitev vesolja. Od tega trenutka do drugega desetletja 21. stoletja so bili končno razviti prejšnji modeli vesoljskih letal za večkratno uporabo.

Za ZDA je to povzročilo Space Shuttle Program, ki je trajal od leta 1983 in se končal z upokojitvijo preostalih vesoljskih ladij leta 2011. Uradno je bil program znan kot Vesoljski transportni sistem (STS) in je temeljil na načrtih za vesoljska plovila za večkratno uporabo, pripravljenih leta 1969.

Sistem, sestavljen iz orbitalnega vozila za večkratno uporabo, ki bi ga v vesolje izstrelili z dvema raketama na trdo gorivo in zunanjo posodo za gorivo. Floto Space Shuttle je sestavljalo šest orbiterjev, imenovanih Space Shuttle Atlantida, Kolumbija, Challenger, Discovery, Endeavour, in Enterprise.

Flota Space Shuttle je začela izvajati operativne polete leta 1982 (s Space Shuttleom Kolumbija) in opravil skupno 135 letov, zadnjega pa je opravil Space Shuttle Atlantida je 2011.

Med drugim je pri teh misijah sodeloval Space Shuttle, ki je postavil satelite, Vesoljski teleskop Hubblein pomoč pri gradnji sovjetske / ruske vesoljske postaje Mir. Med 15 leti službovanja sta bili izgubljeni dve avtobusi Challenger leta 1986 in Kolumbija leta 2003.

V tem istem obdobju so Sovjeti razvili lasten sistem vesoljskih letal za večkratno uporabo kot odgovor na program Space Shuttle. Poznan kot Buran, ta sistem je bil sestavljen iz orbitalnega vozila - ki je bilo po zasnovi zelo podobno Space Shuttleu - in Energija sistem za izstrelitev - porabljiv rezervoar za gorivo z do štirimi ojačevalniki s trdnimi raketami

Program je uradno trajal od leta 1974 do leta 1993 in je obsegal le en odviti testni let. Program je bil zaradi razpada Sovjetske zveze odpovedan zaradi pomanjkanja sredstev, prototipi pa so bili upokojeni, večina pa je del muzejskih eksponatov.

Sodobna vesoljska letala

Medtem ko je upokojitev programa Space Shuttle pomenila konec neke dobe, so se lekcije, pridobljene iz tega in drugih načrtov, nadaljevale z ustvarjanjem nove generacije vesoljskih letal. Hkrati je vzpon komercialne letalske in vesoljske industrije povzročil tudi veliko inovacij.

Poleg uporabe raket za večkratno uporabo (kot ponazarjajo SpaceX Falcon 9, Falcon Heavy izstrelitveni sistemi), vesoljska letala so še en način, s katerim si industrija NewSpace prizadeva narediti raziskovanje vesolja stroškovno bolj učinkovito in dostopno.

Na primer, prizadevanja raziskovalnega centra NASA Langley v šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja s koncepti horizontalnega pristanka (HL) so bila izvedena v obliki vesoljskega letala za večkratno uporabo HL-42, znanega tudi kot Lovilec sanj. Zasnova spominja na orbito Space Shuttle, vendar je veliko manjša in lažja.

V prihodnjih letih bo to vesoljsko letalo uporabljeno za pošiljanje posadke in tovora v orbito Low Earth (LEO) in ISS. Izstrelil se bo z raketo ULA Vulcan Centaur in lahko s svojo močjo pristane na vzletno-pristajalni stezi. Razvoj vesoljske ladje poteka po urniku, prvi let pa naj bi potekal leta 2021.

Obstaja tudi Boeing X-37B - aka. Orbital Test Vehicle (OTV) - ki se je začelo kot NASA-in projekt leta 1999, a je bilo leta 2004 preneseno na Ministrstvo za obrambo ZDA. To robotsko vesoljsko plovilo za večkratno uporabo je sposobno za dolgotrajne polete za tajne namene, hkrati pa služi tudi kot demonstrator za avtonomne in ponovne vesoljske tehnologije.

Prvi test (test padca) je bil izveden leta 2006 in od takrat je bilo pet orbitalnih misij, ki so vse daljše. Podobno kot druga vesoljska letala se OTV pošlje v vesolje z raketo in ponovno vstopi v zemeljsko atmosfero ter pristane pod lastno močjo.

Na komercialnem področju SpaceShipOneje svetel primer tehnologije vesoljskih letal za večkratno uporabo. Letalsko podjetje Scaled Composites je letalo začelo delati leta 1994, prvi uspešen let posadke pa je bil izveden leta 2004, za kar je prejel 10 milijonov ameriških dolarjev nagrade Ansari X.

SpaceShipOne je bil pionir koncepta zrakoplovnih raketnih letal, ki bi lahko izvajala podorbitalni vesoljski polet. To pomeni, da ga nosilno letalo ("Beli vitez") odpelje na višino, razpusti in vključi lastne motorje, nato pa drsi domov.

Z uporabo hibridnega raketnega motorja SpaceShipOne je lahko dosegel hitrosti do 900 m / s (3240 km / h; 2013 mph) medtem ko so krila in repne roke sposobne "periti" - prilagoditi svoj kot -, da pomagajo pri nadzorovanih pristankih.

Zasnova bi se razširila z gradnjo SpaceShipTwo. To suborbitalno vesoljsko plovilo je zgradilo podjetje The Spaceship Company, hčerinsko podjetje Virgin Galactic (ki je leta 2012 kupilo Scaled Composites).

Skupaj z White Knight Two je to vesoljsko plovilo podobno lansirano in uporablja hibridno raketni motor in pernata krila za doseganje suborbitalnih letov in nadzorovanih pristankov. Od leta 2018 SpaceShipTwo je uspešno izvedla svoj prvi vesoljski polet in naj bi ga v prihodnjem desetletju uporabljali kot vozilo za tovorni in vesoljski turizem.

Vesoljska letala prihodnosti

Še bolj vznemirljiva kot sedanja generacija vesoljskih letal, ki vstopajo v uporabo, so tista, ki so načrtovana. Podobno kot inovativne ideje, ki jih vidimo danes, tudi ta prihodnja vesoljska letala razvijajo tako zasebna industrija kot nacionalne vesoljske agencije.

To odraža naraščajočo prisotnost industrije NewSpace pri raziskovanju vesolja, pa tudi naraščajočo prisotnost nastajajočih vesoljskih sil - kot so Kitajska, Indija in Evropska unija.

Vesolje Integrirani demonstrator za večkratno uporabo za Evropo (Space RIDER), odvijeno orbitalno vesoljsko letalo, ki bi zagotovilo poceni misije za LEO. Projekt je bil odobren leta 2016, predvidoma do leta 2022 pa bo izpeljal dvomesečno misijo.

Temu bo sledilo več misij, ki bodo pokazale vrsto zmogljivosti in orbit. Do leta 2025 ESA upa, da bo privatiziral vesoljski RIDER in operativni nadzor nad vesoljskim plovilom prenesel na Arianespace.

Kitajska, ki se že od konca stoletja sama po sebi pojavlja kot vesoljska sila, si prizadeva za nekaj inovacij naslednje generacije z vesoljskimi letali. Leta 1992 so v okviru kitajskega projekta 921 za vesoljske polete s posadko začeli razmišljati o modelih vesoljskih plovil za večkratno uporabo.

Koncept je podoben X-37B, kjer bi vesoljsko letalo izstrelili v vesolje z raketnim ojačevalnikom (ali morda z induktorjem maglev). Do leta 2007 so se začele pojavljati slike Vesoljsko letalo Shenlong ("Božanski zmaj" v kitajščini), ki je na preizkušanju in prvi suborbitalni let naj bi bil izveden do leta 2011.

V zasebnem sektorju zasledujejo nekaj zelo impresivnih konceptov. Na primer, obstajajo SpaceX-i Zvezdna ladja, izredno težko vesoljsko plovilo za večkratno uporabo, ki je bistveno za vizijo Elona Muska o nameščanju komercialnih misij na LEO, Luno in celo Mars (z dolgoročnim ciljem ustanovitve tamkajšnje kolonije).

Ideja je bila prvič objavljena leta 2013, Musk pa jo je označil za "Mars Colonial Transporter (MCT)". V naslednjih nekaj letih se bo koncept razvijal in postajal podrobnejši, prišlo pa bo do več sprememb imena.

Leta 2016 je bil izdan bistveno podrobnejši načrt za vesoljsko plovilo, ki je bilo zdaj znano kot Medplanetarni transportni sistem (ITS). Do leta 2018 je projekt spet spremenil imena in postal BFR, in oblikovanje je postalo precej posodobljeno.

Na podlagi trenutne ponovitve bo sistem za izstrelitev sestavljen iz drugostopenjske orbitalne vesoljske ladje ( Zvezdna ladja) in raketa prve stopnje (Super težka). Po izstrelitvi v vesolje in po orbitalnem polnjenju z gorivom bo Starship odpotoval na globoko vesoljske cilje.

Ko pride do cilja, Zvezdna ladja se bo za nadzor nad pristanki zanašal na manevriranje plavuti in lastne motorje. Njegovi motorji bodo zagotovili tudi potreben potisk za povratno pot domov, kjer bo po istem postopku spet pristal. Sistem bo lahko v celoti večkrat uporabljen in bo najtežji sistem za lansiranje doslej.

Po izvedbi več "preskusov hmelja" z uporabo pomanjšanega prototipa (Starship Hopper) je bila konstrukcija končana na orbitalnem testnem vozilu v polnem obsegu. Poznan kot Zvezdna ladja Mk.1, je bil ta prototip predstavljen 28. septembra med tiskovno konferenco kot objekt SpaceX-a v bližini Boca Chica v Teksasu.

SpaceX naj bi prvi orbitalni let Mk.1 izvedel nekje prihodnje leto. Let okoli Lune, ki uporablja celoten operacijski sistem, je trenutno predviden za leto 2023. Musk je prav tako izrazil upanje, da bo prve misije s posadko poslal na Luno in Mars sredi do konca leta 2020.

Prednost tega vesoljskega letala, ki ga je mogoče večkrat uporabiti, je koncept HOTOL, ki ne potrebuje dodatnega ojačevalnika za pošiljanje v vesolje.

Ključ do Skylon spaceplane je motor SABER, pogonski sistem z zračnim dihanjem, ki deluje na vodikovo / kisikovo gorivo. V bistvu motor ciklira med uporabo reaktivnih turbin za vnos kisika iz ozračja in uporabo tekočega kisika (LOX), ko doseže orbito.

To mu omogoča uporabo reaktivnega pogona za vzlet in pristanek ter raketni pogon za doseganje hipersonične hitrosti, potrebne za dosego LEO.

Leta 2016 je Indijska organizacija za vesoljske raziskave (ISRO) začela razvijati in preizkušati sistem za izstrelitev, znan kot Reunable Launch Vehicle (RLV) - dvostopenjski sistem v orbito, sestavljen iz izstrelitvene rakete in vesoljskega letala za večkratno uporabo.

Koncept, podoben konceptu kot motor SABER, naj bi se zanašal na zračne dihalne motorje Scramjet in raketne motorje. Ti bi lahko vesoljskemu zrakoplovu omogočili, da se vrti sam, namesto da bi se zanašal na potrošni ojačevalnik.

Od leta 2018 je japonska agencija za vesoljsko raziskovanje (JAXA) začela delati na svoji raketi Winged Reusable Sounding (WIRES). Trenutno ni jasno, ali bo to vozilo obnovljivo prvo stopnjo ali vesoljsko letalo s posadko. Vendar pa bo profil WIRES verjetno bolj podroben, ko se bo razvoj nadaljeval.

Nenazadnje je tu še XS-1 (alias "Phantom Express"), projekt, ki ga trenutno pripravljata Boeing in DARPA - kot del slednjega programa Experimental Spacecraft (XS).

Vesoljsko letalo bodo poganjali motorji Aerojet Rocketdyne (AR-22) in doseglo orbito. Tovor bo dostavljen bodisi prek tovornega prostora bodisi (v primeru satelitov ali vesoljskih plovil) z zunanjo raketo. V zvezi s tem bo znižal stroške z združevanjem ponovne uporabnosti s sposobnostjo enostopenjske orbite (SSTO).

Če pogledamo vse te sedanje in prihodnje koncepte (in zgodovino njihovega razvoja), postane določen vzorec jasen. Že od samega začetka vesoljske dobe so se načrtovalci misij in inženirji igrali z idejo o vesoljskih letalih za večkratno uporabo.

Takrat so ideje zavrnili v korist porabljivih vesoljskih kapsul in težkih ojačevalcev, ki jih je bilo mogoče izdelati hitreje in niso zahtevali enake ravni vzdrževanja. Ker je bila zgodnja vesoljska doba vse v tem, da "najprej pridemo tja", so bila vesoljska plovila, ki jih je mogoče hitreje izdelati in začeti obratovati, imeti prednost.

Ko pa se je zgodil Lunin pristanek in se je vesoljska dirka začela ohlajati, so vesoljska letala postala priljubljena pri načrtovalcih misij, ki želijo zmanjšati stroške in ustvariti trajnostno človeško prisotnost v vesolju.

Danes, skoraj sedem desetletij pozneje, končno uresničimo njihov potencial. Poleg tega, da ponujajo cenejše stroške zagona z uporabo sestavnih delov za večkratno uporabo, ponujajo tudi prilagodljivost, ki je ne omogočajo potrošni ojačevalci.

Kot je pokazal Space Shuttle, lahko vesoljska letala dostavljajo satelite in tovor v orbito, tam izvajajo vitalne poskuse in raziskave, posadke pa prevažajo v vesolje in jih spet pripeljejo domov. Čeprav za izstrelitev teh vesoljskih letal v orbito še vedno stane precej peni, se to hitro spreminja.

Z napredkom v pogonski tehnologiji in tehnologiji hibridnih motorjev bomo morda še lahko ustvarili vesoljska letala SSTO, ki bodo zmogla vse!

  • Wikipedia - Vesoljsko letalo
  • NASA - vesoljski program
  • PBS / NOVA - "Hitreje od zvoka"
  • NASA - Zgodovina vesoljskega plovila
  • NASA - Nastavitev odra vesoljskega letala
  • NASA - Zgodovina programa X-Plane
  • Ruski vesoljski splet - večnamenski avtobus Buran
  • Smithsonian National Air and Space Museum - severnoameriški X-15


Poglej si posnetek: Home - a film by Clive Booth (Maj 2022).