משימות תחבורה בין כוכבי לכת וירחים הם מרכיב קריטי של חקר החלל, המאפשר משלוח של אספקה, ציוד וכלי מדעי לכוכבי לכת מרוחקים וירחים.בניגוד למשימות מאוישות, חללית המטען חייבת לאשר מראש מסה, יעילות נפחית ואוטונומיה מבצעית תוך הישרדות מסעות המשתרעים על פני מאות מיליוני קילומטרים ושנים של תפעול הנדסי מתמשך.

אתגרים בעיצוב ב-Interplanetary Cargo Spacecraft

האתגר העיקרי בהנדסה חללית מטען בין כוכבי הלכת הוא מערכת ההנעה: זה חייב לספק מספיק דלה-V (שינוי במהירות) כדי להימלט מכדור הארץ, לבצע תיקונים מסלוליים במסלול, ו decelerate ליעד, כל זאת תוך שמירה על יעילות דלק יוצאת דופן לאורך תקופות משימה שיכולה להאריך בין חודשים ל- 150 מגבלות נוספות מן הצורך להגן על מטען רגיש (כגון כלי רכב מדעיים, ייצור, או חומרים גלקטיים), כולל השפעות מיקרו-אוויריות חמורות על פני שטח (חומרים) ממרחקים אחרים, בין החודשים עד כמה חודשים עד שנים).

טכנולוגיות להנעה ל-Long-Duration Cargo Hauls

רקטות כימיות מסורתיות, תוך מתן דחף גבוה לשיגור, אינן יעילות לשלבי שייט בין כוכבי לכת בשל הדחף הספציפי הנמוך שלהם (Isp) משימות Cargo יותר ויותר להסתמך על מערכות הנעה חשמליות כגון משחתים ודחפורים של אפקט הול.אלה מייצרים דחף על ידי צמצום מגבלות אלקטרוסטטיות, השגת ערכי Isp של 1,500-3,000 שניות (או 300 שניות) עבור מנועי מסחר נמוכים מאוד, לעתים קרובות, כלומר, לא פחות או יותר מדי חודשים).

(FLT:0) נטייה תרמית (NTP) אנדרל 1) היא טכנולוגיה מבטיחה נוספת. במערכת NTP, כור גרעיני מחוספס ( מימן צמיגים) לטמפרטורות גבוהות מאוד לפני הרחבתו באמצעות נושקה.התוצאה של טיפול ב-NTP עם אתגרים ניהול חום בין מערכות כימיות וחשמליות, תוך מתן רמות מתאימות לקיצור של נאס"א: 30%, כך שייתכן שטיפול בדלקים עלול להפחית את משך הזמן של פעילותו של דלק חשמלי נמוך יותר, לעומת 25-75 שניות, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, 000.

אדריכלות היברידית מופיעה גם: באמצעות הנעה כימית עבור כוויות ההכנסה (למשל, הגדלת מסלול מאדים) בעוד שדחפורים חשמליים מטפלים בשייט הארוך.ה-FLT של סוכנות החלל האירופית:0BepiColomboFLT 1 משימה מרקורי משתמש בשילוב של חומר כימי וריון, המדגים את יכולת העיצוב ההיברידי עבור מטען (למרות שבקומבו נושא מדע, לא רק כלי מטענים).

עיצוב וחומרים

מבנה החללית חייב להיות בו-זמנית קל למזער את הביקוש והחזקה מספיק כדי לעמוד עומסי ההשקה (8-12 גרם האצה צירית, בתוספת רטטים אקוסטיים), רכיבה תרמיים, ואפקטים מיקרומטראואידים יותר ויותר להשתמש ב-FLT:0 פחמימנים-מבכוח פחמן-מחדשנים בעליל פולימרים (CFRP)FLT:1 וסגסוגת אלומיניום עבור אלמנטים עיקריים עבור מטענים גדולים, כלומר:

עיצובים מבניים מודולריים מאפשרים מטענים להשתלב במיכלים נפרדים או "מודולים ממוחשבים" הנספח לאוטובוס שירות משותף.הרכבות הסימולציות והבדיקות על כדור הארץ ומאפשרים מטענים שונים (בתי גידול מדכאים, ציוד לא מדכא, שלפוחית דלק) כדי להחליף ללא תכנון מחדש של המלאכה.

מערכות מפתח עבור Interplanetary Cargo Transport

מעבר למניעה ולמבנה, כמה תת-מערכות קריטיות צריכות לעבוד יחד ללא פגם למשימה מוצלחת.הסעיפים הבאים מפורטים את החשובים ביותר.

ניהול אנרגיה ומבנה אנרגיה

חללית מטען טיפוסית (מטוסי טיס) דורשת כמה מאות וואט לכמה קילווואט של כוח חשמלי עבור עיבוד חשמל הנעה (במכשירים חשמליים), avionics, תנורי חום ותקשורת.עבור משימות למערכת השמש הפנימית (Venus, Mars), מערך סולארי גדול יכול לספק כוח מתמשך (DyLTs) רק על פני כדור הארץ; מערכת חשמל סולפטים (D2) ו-ידי מאדים, 5 חודשים) הוא לעתים קרובות, 000 אנרגיה מתחדשת (Val) עם כוח סולפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטים, עם חשמל קומפקטית חשמל (D) באופן קבוע)

אחסון אנרגיה בצורת סוללות טעונות - יון ליתיום רטיבית - מספק כוח במהלך עומסי שיא (למשל, ירי דחף, צריפים תקשורת) או כאשר מערך השמש הם צללים. קיבולת הסוללה וחיי מחזור חייבים להיות מעוצבים בקפידה עבור האירועים החשוכים של טעינה עמוקה על פני משימה רב שנתית.

ניהול ארס

בקרת תרמי Spacecraft היא פעולה איזון בין דחיית חום מאלקטרוניקה פנימית ושמירה על ציוד בתוך טווחי טמפרטורה הפעלה. cargo נושאת חום ממערכות הנעה, המרת חשמל, ו Avionics. שיטות מעברive כוללים רב-שכבות בידוד (MLI) ששמיכות רדיורנים מצמידים למתקנים חשמליים גבוהים יותר, צינורות חום כי העברה ללוחמי בקרה תרמיים באמצעות משאבה מוגבלת (F) הוא גם ממתכת גבוהה יותר, כמו מתקני חשמל ממטרים חשמליים).

קרינה מגן

בעוד שלמטענים אין רגישות ביולוגית אנושית, אלקטרוניקה רגישה ומטענים מסוימים (למשל, דגימות ביולוגיות, חיישנים קוונטיים, מייצבים מונעים) ניתן להידרדר על ידי מנה קרינת מצטברת.קרני קוסמיות גלקטיות (פרוטונים אנרגיה גבוהה וצלים כבדים) ואירועי חלקיקים סולאריים (בעיקר מגינים) גורמים להפרעות חד-פעפיים במיליטר ואמפיביים (ממים) לפחמיים רגישים) לכדי הגנה על פני השטח (ממנים).

ניווט, הערצה ותקשורת

חללית מטען בין כוכבי הלכת חייבת לנווט בדיוק כדי להדהד עם מאדים או לרדת למסלול נמוך סביב הירח.העליון מושג באמצעות שילוב של FLT:0star trackersalFLT:1 (כדי לקבוע גישה), (FLT:2inertial Measures) של יחידות מדידה של מערכת ההפעלה דלת כדור הארץ (IMUs, כולל gyroscopes ו- acceler), ולעקוב מדי פעם אחר תמונות מהירות של רשתות אלקטרו-מסלולאריות).

Cargo Handling, Stowage, and Landing Systems

המטען עצמו – בין אם מדובר באבני מזון מיובש, מדפסת 3D או חומרי בנייה – חייב להיות מאופק בבטחה במהלך ההשקה וההאצות הנחיתה, אך נגיש בקלות על ידי נשק רובוטי או צוות אנושי עם ההגעה.מהנדסים עיצוב (FLT:0cargo מיכלsFLT:1 כי ממשק עם נקודות מצורפות סטנדרטיות (כמו מערכת סטנדרטית דוקדק או צוות מתקדם של נאס"א) משמש ציוד קוקומטרה רגיל (Created) עבור ציוד מכני).

(הופנה מהדף אחר או ירח, כניסה, ירידה ונחתה (EDL) היא נחיתה קריטית.נחת אטמוספרית (Mars, ונוס) דורשת מגינים חום כדי לנתק אנרגיה קינטית עצומה, ואחריו צנחנים 3, או רטרו-רוקטים או מערכות ארנק אוויריות בלבד, מרסטרוט הוכיחו את יעילותם של מצנחים ואווירה מקודמת השמיים, אך כיום יש צורך ב-A-4 טון (FD) כמו מנועים חשמליים (R) של נאס"ל-FD) של מערכות בקרה אופטיים ו-DVertomtomtomtomtomtomtomate) כמו מנועים: RLT2, לדוגמה, לדוגמה, 5.

תכנון המשימה ותיקון Trajectory

תכנון נתיב מטען בין כוכבי לכת אינו רק עניין של מטרה מעצבי המשימה חייבים לקחת בחשבון את ההיערכות הפלנטרית, לשגר חלונות (אשר יכול לפתוח רק כל 26 חודשים למאדים), סיועים כבידה (למשל, צילומי סלינג סביב כדור הארץ או ונוס כדי לחסוך זמן נסיעה), ומגבלות מהירות מסלול מהיר (מסלול) עבור מטען, המשימה יכולה לנצל את נתיבי דלק איטיים יותר, יעילים יותר כמו 3.

הדרכה אוטונומית היא חיונית: החללית חייבת לבצע תמרונים לתיקון טרפירי (TCMs) באופן אוטונומי, חישוב כוויות המבוססות על נתונים של phemeris לוח מודעות.עבור מטען, התוכנה יכולה להיות פשוטה יותר מאשר עבור משימות מאוישות - אין צורך בתרחישים בזמן אמת - אבל עדיין צריך להיות חזק כדי לדחוף כישלונות, טיפות תקשורת, שגיאות חיישן.

רדיפות, אמינות ובדיקה

(ב) חללית מטען בין כוכבי הלכת נושאת לעתים קרובות שרידים של רכיבים קריטיים - רבנים, ממירי חשמל, מחשבים - או, למניעה חשמלית, מספר מחרוזת דחף נוסף מסה ועלויות.מהנדסים משתמשים ב-FLT:0fault tree AnalysisFLT:1 ו-FLT:2probabilistic Risk AssessmentFLT 3 כדי להחליט היכן הוא בעל ערך עבור מנוע יחיד, אם כך לפחות, אם כך, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, לדוגמה, ייתכן ש-F1, הוא מנוע יחיד יכול להיות בעל ערך, אם כך הוא רק אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, הוא רק אם כן, אם כן, אם כן, הוא יכול להיות בעל ערך, אם כן, 5:4F1, הוא יכול להיות בעל ערך, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, הוא רק LT: 2, אם כן, אם כן, הוא יכול להיות בעל השפעה אחת בלבד, אם כן, אם כן, אם כן, הוא יכול להיות בעל ערך, הוא רק אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן

בדיקות קרקע כוללות בדיקות רטט / אקוסטיות (לדמיית שיגור), בדיקות תרמיות-vacuum (כדי לאמת חום דחייה וביצועי ואקום), ובדיקות תאימות אלקטרומגנטיות.עבור כלי רכב גדולים, בדיקות קרקעיות בקנה מידה מלא יכול להיות יקר מאוד; במקום זאת, גישות "תוכנית טיסה" - שבו יחידת הטיסה עצמה נבדקת ברמות מופחתות - הן נפוצות.

עלויות ושותפות בינלאומיות

משימות מטען בין כוכביות יקרות – באופן חד-משמעי מאות מיליוני דולרים למיליארדי דולרים לשיגור.העלות היא הגביע הקדוש של הנדסה בחלל.

  • (FLT:0) אחריות: FLT:1 החללית של SpaceX ו- Falcon 9 להגביר את יכולת ההשקה באופן דרמטי נמוך יותר; החלת אותו הדבר על חללית המטען עצמה (למשל, אווירודינמיקה חוזרת לכדור הארץ באמצעות מגן חום ונחת) עלולה להפחית את עלויות ההמראה ל-Klogram מעשרות אלפי דולרים.
  • (FLT:0) ניצול משאבים חלופי (ISRU): אנדרל 1 ייצור דחף (למשל, מים מקרח הירח או מאדים) באתר מבטל את הצורך לשאת דלק מכדור הארץ, באופן קיצוני להפחית את דרישות ההנעה של תחבורה המונית עבור משלוחים שמעבורת אספקה ומבסיסים.
  • (FLT:0) שותפויות בינלאומיות: ⁇ FLT:1 נאס"א, Roscosmos, CNSA ו- JAXA שיתפו פעולה במשימות מטען שונות (למשל, רכב ההעברה האוטומטי של ESA, ה-HTV של JAXA ל- ISS).
  • (ב) ,0) רכש: תוכנית רכש של נאס"א: 2 (Commercial Lunar Payload Services (CLPS) 3 (CLPS) רוכשת משלוח מטען לירח מחברות פרטיות, עידוד חדשנות ועלויות באמצעות תחרות.

מגמות עתידיות וטכנולוגיות מתפתחות

הגבול של הנדסה בין כוכבי הלכת של מטען מוגדר על ידי מספר מגמות שאפתניות:

  • (FLT:0) טיפול רובוטי רובוטי: FLT:1 חללית מטען עתידיים עשוי לשאת רובוטים כדי לא לארוז, לבדוק ולהעביר פריטים לבתי גידול על פני השטח ללא נוכחות אנושית:2AstrobeeFLT 3:2 רובוטים בתוך ISS הם מבשרים, אבל גרסאות בין כוכבי לכת יצטרכו לפעול בכובד ראש או עם תקשורת טלבוגנית כפופה לעיכובים.
  • (ב) במקום לשאת דחף מבולגן, חללית יכולה לצלול לתוך האווירה העליונה של כדור הארץ כדי לשפוך מהירות.זה דורש ניווט מדויק והגנה תרמית אבל יכול להפחית את המסה על ידי 30–50% עבור משימות מאדים.
  • (FLT:0) אנטאר חשמל הנעה (NEP): אנדרל 1) שילוב כור חלל עם דחף חשמלי בעוצמה גבוהה יכול לאפשר מהירויות גבוהות מאוד עבור מטען, חיתוך זמני המעבר למאדים עד 3-4 חודשים תוך ביצוע עשרות טונות מטרי. NEP מפותח תחת תוכנית ההנעה הגרעינית של נאס"א:2Space Propulsionment גרעינית.
  • (FLT:0) על-אוביט הרכב ומניעה של מחסנים:FLT:1 במקום שיגור חללית יחידה גדולה, ניתן לשלוח מטען בחתיכות ולהרכיב במסלול כדור הארץ. מחסנים על מסלול (או בנקודה Lagrange) יכולים להפעיל מחדש אוניות מטען, המאפשרות להם להשתמש במניעה יעילה יותר, נמוכה ללא זמן הקרבה.
  • (FLT:0)3D הדפסה של מטען: FLT:1hil בעתיד הרחוק, חומרי גלם (regolith, מתכות) ניתן לעבד על-ידי האתר לחלקים או רכיבי בנייה, צמצום הצורך להשיק מטען טרום-מפואר.

מסקנה

הנדסה של חללית עבור תחבורה בין כוכבי הלכת היא מאמץ רב תחומי הדוחק את הגבולות של הנעה, חומרים, כוח, בקרה תרמית ומערכות אוטונומיות. כל משימה - בין אם לספק אספקה למאחז הירח, בסיס מאדים, או ניתוח כריית אסטרואיד עתידי - דורש פיקוח קפדני של כדור הארץ בין חברות מסה, עלות, אמינות וסיכון.