1. Atmosfäriskt motstånd
När en rymdfarkost kommer in i jordens atmosfär möter den drag, vilket är en kraft som motverkar dess rörelse. Denna friktion mellan fordonets yta och luftmolekylerna gör att rymdfarkosten saktar ner.
Värmen som genereras från friktionen med luftmolekylerna höjer temperaturen på både rymdfarkostens yttre hud och den omgivande luften. Denna värme kallas aerotermisk uppvärmning.
2. Tryck och stötvågor
Den höga hastigheten med vilken ett rymdskepp går in i atmosfären igen gör att luften framför den komprimeras, vilket resulterar i ett ökat tryck. Detta genererar en chockvåg som fortplantar sig utåt från rymdfarkostens nos.
Stötvågen resulterar i plötsliga och betydande tryckförändringar, vilket orsakar intensiva vibrationer i hela rymdfarkosten. Dessa vibrationer kan skada känslig utrustning och störa flygoperationer om de inte hanteras på rätt sätt.
3. Plasma och radioavbrott
Rymdfarkostens höghastighetspassage genom atmosfären leder till jonisering av luftmolekyler, vilket skapar ett plasmalager runt fordonet. Denna plasma reflekterar radiovågor, vilket orsakar radiofrekvent blackout. Detta kan störa kommunikationslänkarna med markstationer, vilket komplicerar spårning och kontroll vid återinträde.
4. Fallskärmsplacering
För att ytterligare minska hastigheten kan rymdfarkosten sätta ut fallskärmar. Dessa enheter använder motståndet som skapas av den ökade ytan för att sakta ner rymdfarkosten.
5. Splashdown
Som ett sista steg kommer rymdfarkosten in i vattnet med en kontrollerad hastighet. Detta görs för att minska de stötkrafter och potentiellt farliga vibrationer som kan uppstå vid en hård landning.
Designen och materialen som används för att konstruera en rymdfarkost är avgörande för att motstå de extrema krafter som uppstår vid återinträde och för att säkerställa säker återkomst av fordonet och dess passagerare.
The Engineering of Splashdown:NASA och SpaceX
Processen med splashdown involverar flera viktiga tekniska överväganden och system. Låt oss utforska hur NASA och SpaceX hanterar den här fasen av sina uppdrag.
1. Planerar återinträde
Före återinträde beräknar rymdingenjörer noggrant banan, vinkeln och hastigheten med vilken rymdfarkosten ska skära jordens atmosfär. Dessa beräkningar syftar till att balansera säkerhet och bränsleeffektivitet.
2. Värmeavskärmning
För att skydda rymdfarkosten från den intensiva aerotermiska uppvärmningen använder både NASA och SpaceX termiska skyddssystem (TPS). Dessa består av material som tål höga temperaturer, vanligtvis gjorda av ablativa material eller kompositmaterial.
Till exempel använder NASAs Orion-rymdfarkost ett avancerat termiskt skyddssystem känt som Avcoat-materialet, som är en kolfiberkomposit belagd med ett lager av kiseldioxid. Materialet tål temperaturer på upp till 2 200 grader Celsius (3 992 grader Fahrenheit).
Samtidigt använder SpaceX:s Dragon-rymdfarkost en PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) värmesköld. PICA är ett lätt och mycket effektivt material som tål temperaturer på upp till 2 760 grader Celsius (5 000 grader Fahrenheit).
3. Manövrering
För att stå emot de intensiva vibrationerna som orsakas av stötvågorna är rymdfarkoster som Orion och Dragon designade med aerodynamiska former som minimerar stötvågseffekter. De använder också kontrollsystem som justerar rymdfarkostens attityd och stabiliserar den under återinträde.
4. Hantering av radioavbrott
För att hantera radioavbrottsfasen använder NASA och SpaceX flera kommunikationsstrategier. Dessa kan inkludera att installera redundanta och mångsidiga kommunikationssystem på rymdfarkosten, använda högre frekvenssignaler som bättre kan penetrera det joniserade skiktet och att planera kommunikationen går strategiskt.
5. Fallskärmsplacering
När rymdfarkosten saktar ner tillräckligt, sätts fallskärmar ut för att ytterligare minska hastigheten. NASA:s Orion-farkost använder tre fallskärmar, var och en mer än 100 fot i diameter, för att uppnå den önskade nedstigningshastigheten.
SpaceX:s Dragon rymdfarkost, å andra sidan, använder ett unikt system med dubbla fallskärmar. Drogue-fallskärmarna sätts ut först för att stabilisera farkosten. Sedan släpps huvudfallskärmarna, större och kraftfullare, för att säkerställa en kontrollerad och säker nedstigning.
Slutsats
Splashdown är en kritisk fas i en rymdfarkosts återinträdesprocess som kräver noggrann ingenjörskonst och planering. NASA och SpaceX har utvecklat och implementerat innovativ teknik för att hantera de olika krafter och utmaningar som möter under denna fas, vilket säkerställer att astronauter och värdefull nyttolast återvänder på ett säkert sätt.
