Hur landar raketer tillbaka på jorden? The Amazing Tech Involved

Havet är en raketkyrkogård. Skräp från tusentals uppbrända raketer, satelliter och skyttlar strömmar över havsbotten. Återanvändning av raketer innebär mindre slöseri, mindre kostnad och möjligheten att komma tillbaka från en destination mycket lättare.

Att se rymdfarkoster landa och lätt lyfta igen är något vi har sett tusen gånger i filmer. Nu ser vi det också i verkligheten. SpaceX har nu framgångsrikt lanserat och landat mer än 50 raketer sedan de började försöka 2015.

Så hur kan raketer landa tillbaka på jorden? Denna artikel kommer att behandla den otroliga tekniken som ligger bakom återanvändbara raketer.

Utmaningarna med att landa raketer

Det finns flera utmaningar med landningsraketer, även om de bara är delvis återanvändbara.

• Bränsle: För att undkomma jordens atmosfär krävs en raket för att slå otroligt 17 500 miles i timmen, annars känd som flyktets hastighet. Detta kräver en enorm mängd bränsle. Bränslet är vanligtvis otroligt dyrt flytande syre. För att lyckas landa en raket behövs bränsle i reserv.
instagram viewer
• Termiskt skydd: För verklig återanvändning måste hela raketen vara utrustad med termiskt skydd, något som vanligtvis bara finns kvar för den del som kommer att falla tillbaka till jorden. Detta förhindrar att delar av raketen skadas eller förstörs vid återinträde i jordens atmosfär. Detta gäller också för raketer riktade mot Mars.
• Landningsställ: Raketen kräver också landningsställ. Detta måste göras så lätt som möjligt och samtidigt behålla styrkan som krävs för att stödja den massiva raketen (Falcon 9, en av SpaceX: s raketer, väger 550 ton).
• Vikt: Ju tyngre en rymdfarkost är, desto mer bränsle behövs och desto svårare kommer det in igen. Tomma bränsletankar tillför raket drag och vikt, varför bränsletankar vanligtvis tappas och får brinna upp i atmosfären. Vidare kommer termiskt skydd och landningsstället att lägga till betydande vikt.

Som vi har nämnt, SpaceX har klarat denna otroliga bedrift många gånger nu. Så vad är den fantastiska tekniken bakom återanvändbara raketer?

3d-utskrivning

3D -utskrift är revolutionerande industrier över hela världen, inte minst tekniken bakom raketer. Faktum är att några raketer nu nästan helt är 3D -tryckta.

En fördel med 3D -utskrift är att ingenjörer generellt kan producera färre delar. Tryckta delar kan vara mycket mer komplexa och behöver inte dyra och unika tillverkningsverktyg för varje del. Detta sänker kostnaden för att bygga raketer och ökar effektiviteten i tillverkningsprocessen.

3D -bränsletankar innebär att du inte behöver sömmar i metallen - en typisk svag punkt som kan orsaka problem i raketer. En annan stor fördel med 3D -utskrift är möjligheten att producera optiska delar av lätta material, vilket minskar rakets totala vikt.

Retropropulsion och vägledning

För att en raket ska landa måste den retrograde kraften vara större än rakets vikt. Det måste också vektoreras, vilket innebär att dragkraften är riktad och kan användas för att stabilisera rakets nedstigning.

För att retropropulsionen ska stabilisera raketen måste den ha mycket exakt information om raketens position, höjd och vinkel. Detta kräver högteknologiska system som ger exakta realtidsmätningar med direkt återkoppling till thrusterna. Dessa kallas reaktionskontrollsystem (RCS).

Reaktionskontrollsystem

En RCS ger små mängder dragkraft i flera riktningar för att styra raketens höjd och rotation. Tänk på det faktum att rotation kan innefatta rullning, tonhöjd och yaw, och att RCS måste förhindra alla dessa samtidigt samtidigt som den styr rakets nedstigning.

RCS använder flera thrusterar placerade i en optimal konfiguration runt raketen. Den främsta utmaningen med thruster är att se till att bränsle sparas.

Ett exempel är SpaceX: s raketsystem Merlin. Detta är en svit med 10 separata motorer som styrs av ett trippel-redundant styrsystem. Var och en av de tio motorerna har en processorenhet, och varje processorenhet använder tre datorer som ständigt övervakar varandra för att minska risken för fel drastiskt.

Merlin-motorn använder RP-1 (högraffinerat fotogen) och flytande syre som drivmedel. Den senaste versionen av motorn kan strypa (kontrollera hur mycket kraft den använder) ner till 39% av dess maximala dragkraft, vilket är avgörande för kontroll på hög nivå vid landning av raketen.

Gallerfenor

Gridfenor används för att leda återanvändbara raketer som Falcon 9 till deras landningsposition. Uppfunnet på 50 -talet har nätfenor använts i flera missiler.

Gallerfenor har utseende av potatismos som sticker ut i en vinkelrät vinkel från raketen. De används eftersom de tillåter en hög nivå av kontroll över raketflygning med hypersonisk och supersonisk hastighet. Däremot orsakar traditionella vingar chockvågor och ökar motståndet vid dessa mycket högre hastigheter.

Eftersom nätfenor tillåter luftflödet genom själva fenan, har den mycket mindre drag, medan raketen kan roteras eller stabiliseras genom att rotera eller placera fenan precis som en vinge, men mer effektivt.

En annan anledning till att nätböter används är att de, med återanvändbara raketer, tekniskt flyger bakåt när de landar. Detta betyder att raketens främre och bakre ändar måste vara ganska lika så att de kan kontrolleras i båda riktningarna.

Landningsställ

Uppenbarligen kommer en återanvändbar raket att behöva någon form av landningsställ. Dessa måste vara tillräckligt lätta för att inte drastiskt öka mängden bränsle som krävs för flygning och återinträde men också tillräckligt stark för att hålla raketens vikt.

För närvarande använder SpaceX -raketer 4 landningsben som är vikta mot raketens kropp under flygning. Dessa fälls sedan ut med hjälp av tyngdkraften före landning.

Men, Elon Musk uppgav i januari 2021 att för SpaceX: s största raket någonsin, Super Heavy booster, skulle de sikta på att "fånga" raketen med hjälp av uppskjutnings tornarmen. Detta kommer att minska raketens vikt eftersom den inte längre behöver landa ben.

Landning i uppskjutningstornet innebär också att raketen inte behöver transporteras för återanvändning. Istället måste den bara monteras om och drivas där den är.

Det är inte allt

Raketer har tagit fart och flugit ut i rymden i årtionden, men att få dem att återvända säkert till jorden för återanvändning har krävt många tekniska genombrott.

Vi kunde inte täcka all den fantastiska tekniken som används i raketer som kan landa tillbaka på jorden, men vi hoppas att du lärde dig något nytt i den här artikeln! Spaceflight -tekniken expanderar snabbt, och det är spännande att överväga vad som kan vara möjligt om några korta år.

Hur man tittar på SpaceX lanserar live

Vill du fånga SpaceX nästa flyg i rymden? Här kan du se nästa lansering.

Läs Nästa

Om författaren