שלב הכניסה האטמוספרי של משימות חלל מייצג את אחד הסביבות הקיצוניות והבלתי סלחניות ביותר נתקלו ב- Space Flight. A רכב הנוסע במהירות המקיפה – 7.8 ק"מ לשנייה – חייב לרדת במהירות נחיתה בטוחה בעוד שטמפרטורות ארוכות יותר מ-1,500 מעלות צלזיוס וכוחות אוויריים החלים שיכולים לגרום לאי יציבות ושליטה אלימה בשלב קריטי זה אינו אופציונלי; הוא עניין של משימות הישרדותיות, בעוד שמפתחות באופן מדויק, תוך כדי שינוי של ניהולי, לחץ אווירי, ובסופו של לחץ על פני מערכות אבטחה, ובסופו של שליטה על פני השטח, ובסופו של שליטה על פני השטח, ובסופו של כוח חיוני, ובסופו של שליטה על פני השטח, ובסופו של דבר, אשר בסופו של דבר, יש צורך, אשר עלול לגרום ליציבות רבה על פני השטח, לחץ על פני השטח של דבר, אשר יכול לגרום ליציבות רבה, שליטה על פני מערכת אבטחה יציבה של כוח חיוני של כוח חיוני של כוח צבאי, לחץ דם פעיל, ויציבות יעילה, אשר יכול לגרום ליציבות שליטה בלחץ פעיל, תוך שמירה על פני השטח של מערכת אבטחה מופעלת, אשר יכול לגרום ליציבות אלימה.

הבנת Thrust בסביבת Reentry

Thrust, בהקשר של כלי רכב נודדים, מתייחס לכוח הפעיל המיוצר על ידי גירוש מסה דחף מדחף במהירות גבוהה באמצעות נחירות.בניגוד למניעה בחלל, שבו דחף בעיקר משמש כדי לשנות מהירות בוואקום, דחף במהלך הכניסה חייב להתמודד עם צפיפות מהירה שינוי מהיר, מהירות תלולה, ואינטראקציות אוויריות מורכבות.

נאמנותו של יישום דחף היא קריטית. A דחף יורה אפילו חלק שנייה ברגע הלא נכון יכול לגרום לדימום, גרימת אובדן שליטה או חימום מופרז. לכן, דחף בדרך כלל מקובצים בזוגות או quads סביב הפרמטרים של המכונית ספציפית, ומאפשר שליטה שונה כדי לייצר שקעים על המגרש, רול, ו- Yaw ax תגובה המונית (מכוון) על ידי דחפים מוקדמים, או דחף מכוון, כמו דחף ממונעים, או לחץ על ידי תפקודים, או לחץ על ידי תאים קצרים, או לחץ על ידי תאים קצרים, או לחץ על ידי דחפים).

שליטה על יציבות וורס: שני תפקידים

בהנדסת אוויר, יציבות ושליטה קשורים אך נבדלים מושגים. רכב יציב, כאשר מוטרד, נוטה לחזור לנטייה המקורית ללא קלט פעיל.עבור כלי רכב נודדים, יציבות אווירודינמית ניתן לספק צורה - קונוס בוטה עם מרכז של לחץ של מרכז של מסה, כפי שנראה כמוסות אפולו.

שליטה, מצד שני, כרוכה בשינוי מכוון של הגישה או המסלול של הרכב. Thrust הוא המכנה העיקרי למטרה זו במהלך החזרה.לדוגמה, התאמת זווית ההתקפה משנה את יחס המעלית ל-drag, אשר בתורו משפיע על מרחק וקצב חימום זמני של מטה.

אינטראקציה אווירית ו- Thruster Placement

האינטראקציה בין זרמי דחף לבין שדה הזרימה החיצוני היא תחום מורכב של עיצוב רכב reentry. במהלך טיסה עתירה גבוהה, הכוחות האירודינמיקה לשלוט, ומטוסי סילון דחף עשויים להיות מחוסנים או מלוטשים על ידי שכבת הגבול שמסביב גלי הזנב וזעזועים.פלימשום על מבנה הרכב או דחף צמוד יכול ליצור הפרעה לא מכוונת למקרר או חימום.

מרכז המסה (CM) ומרכז הלחץ (CP) מכתיב את היציבות הטבעית.עבור עיצוב רכב נכנס נתון, דחף חייב להיות בגודל ו ממוקם לספק מספיק מומנט כדי למנוע כל CP-CM מראש. כמו דחףlant נצרך ואת ההפצה ההמונית שינויים, מערכת GNC חייבת לקחת בחשבון את השינוי, להתאים את הפקודות דחף בהתאם.

שליטה על Pitch, Roll, and Yaw: Thruster Configuration

כלי רכב נכנסים לאוריינטציה של שלושה צירים. Pitch Control (ללא או למטה) מושג בדרך כלל על ידי דחף רכוב על הצדדים של הרכב, יורה בכיוון הפוך כדי לגרום מומנט על ציר מאוחר יותר.רו שליטה (גזר על ציר האורך של זמן), משתמש דחף כי שיזוף הגוף, לעתים קרובות ממוקם ליד החלקה של E.a ו- Yawol (השמאל) או שמאלי שוב להפעיל את המכוכבת לתוך רכב שמאל).

כלי רכב מודרניים משתמשים במערך אדום של דחף עבור כל ציר, לעתים קרובות מסודרים בתצורה "quad" שבו כל דחף ניתן להשתמש עבור מספר אקסס באמצעות ירי שונה.לדוגמה, על מודול צוות Orion, שמונה RCS דחף (בארבעה pods) לספק מלא שלושה צירים שליטה. אלגוריתם GNCw קובע את השילוב האופטימלי של דחף דחף לדחוף כדי למזער צריכת יתר ולהפחית את מנועי בקרה.

  • (FLT:0) שליטה ב-FLT:1 לעתים קרובות משתמשים בדחפורים מותאמים על צדי הרכב ליד קו המשווה.פירינג זוג אחד למעלה ואת הצמד השני למטה לסובב את הרכב.
  • (FLT:0) רול שולטות FLT:1 מינוף של דחף ממוקמים על ציר הרכב, יורה בכיוון ההפוך לאורך העור כדי לייצר מומנט מתגלגל. רול ניתן להשתמש כדי לבנק את המכונית עבור תמרון חוצה או כדי ליישר קואורדינטות נחיתה.
  • (FLT:0) השליטה ב-FLT:1 משתמשת בדחפורים ליד האף והזנב, ירי על ציר האורך של החלפת זמן, בעוד פחות דומיננטי מאשר סטה וגלגל במהלך החזרה, יש צורך בסמכות של יורם לתיקון טרמפטורי וכדי למנוע עומסים אווירודינמיקה סימטרית.

כל ציר דורש רמה מספקת של סמכות שליטה, המוגדרת כנקודת הסימון של הרכב של אינרציה.רמת דחף חייבת להיות גבוהה מספיק כדי להתגבר על כוחות לחות אווירודינמיקה, אבל לא כל כך גבוה כי הדחף המינימלי (האימפולס הקטן ביותר שניתן לספק) גורם גישה בלתי נסבלת להפרעות. Thruster איזון אלה באמצעות בחירה זהירה של סוג דחף, לחץ תא, ולא הגיאומטריה.

Thrust and controlled Deceleration: Retrograde Burns

אולי השימוש הברור ביותר של דחף במהלך החזרה הוא להאט את הרכב למטה. לשרוף - מנועי אשף בכיוון של נסיעה - חינוך מהירות מסלול, הורדת ה- perigee ו initating כניסה.דיוק של נשרף זה קובע אם הרכב נוחת בתוך אזור היעד.עבור אפולו, המנוע הראשי של השירות ביצע זמן דהביט לשרוף בדיוק כדי להשיג מספר דקות תחת פיקוח על צוות הדרקון, כמו דראקום של כלי רכב מודרניים, כמו דרייב.

ככל שהרכב יורד, גרר אווירודינמיקה מבצע את רוב ההריסה, אבל דחף עדיין משמש עבור כוויות משולש מסלול, ובעיצובים מסוימים, עבור נחיתה סופית.הדוגמה הדרמטית ביותר היא נחיתה propulsive, שבו מנועי אש רק מעל הקרקע כדי להפחית את המהירות לאפס על ידי מגע לאחור.זה דורש מנועים גבוהים עם יכולת גבוהה, כגון Superraco על בסיס של מנועים, אשר לעתים קרובות יכול להיות מוגבל כדי להבטיח ירידה של 16,000 גלגלים, כדי לשמור על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על מהירות כדי למנוע ירידה של לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי ירידה של לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי ירידה של לחץ על ידי לחץ על ידי ירידה של לחץ על ידי ירידה של לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי ירידה של 26%.

הדרכה, ניווט ובקרה: ניהול Thrust בזמן אמת

מערכת GNC היא המוח שמזזזזז את הדחף.It כולל חיישנים - IMUs, עוקבים כוכבים, GPS, אלטררס, ו accelerometers - אשר מעריכים את הווקטור של המדינה של הרכב (position, מהירות, גישה, קצבים זוויתיים) האלגוריתמים תואמים את המסלול הרצוי והגישה, בעוד חוקי הבקרה מתרגמים אלה לפקודות במהלך החזרה, כוחות רוחיים, ולכן הם חייבים להיות שליטה אטמוספירלית, דינמית, היא לשלוט על ידי כוחות יציבים, היא לשלוט על ידי כוחות אווירודינמיקה אטמיים, היא בעלת אבטחה, היא בעלת אבטחה, היא בעלת אבטחה, היא בעלת אבטחה, היא בעלת אבטחה, היא בעלת אבטחה, כמו גם דינמיקה אטריות, כמו גם דינמיקה אטמוספריים, היא חייבת להיות שליטה על ידי כוחות אווירית, דינמיקה אטמוספריים, דינמיקה אטריות, היא בעלת אבטחה, כדי לשלוט על ידי כוחות אווירית, אטמוספירה, דינמיקה אטמיים, דינמיקה אטמוספריטיסרטיקולאריכים, כדי לשלוט על ידי כוחות אווירית, על ידי כוחות אווירודינמיקה, היא, על ידי כוחות אווירית, היא חייבת להיות שליטה, דינמיקה אטמיים, דינמיקה אטמיים,

גישה טיפוסית היא מודל חיזוי פרופורציונלי של הרכב (PID) בקר או מודל מתקדם יותר מודל חיזוי מודל המשתמש מודל פשוט של התגובה של הרכב לירי דחף.מערכת הבקרה חייבת גם לכבד מגבלות דחף, כגון מינימום על זמן, מחוץ לזמן, מחוץ לזמן, מחזור חובה מקסימלי כדי למנוע התחממות יתר.לדוגמה, RCS עשוי להיות אימפולס מינימלי של NLDL, ולכן לא יכול להיות שימוש קבוע של מערכת הפעלה קצרה יותר.

זיהוי ובדידות הם חיוניים.אם דחף לא לירות או שריפות באופן בלתי צפוי, מערכת GNC חייבת לשנות מחדש כדי להשתמש בדחפורים הזמינים.הבסיס הזה נועד לתוך הפריסה המכוננת; למשל, לעבורת החלל היו 44 דחף RCS ראשי ו-14 ממריצים גיבוי ורינר, המאפשרים להשלים שלושה צירים שליטה גם לאחר כישלונות רבים.

דוגמאות היסטוריות והווה

יחידת הפיקוד של אפולו

מודול הפיקוד של אפולו (CM) השתמש במערכת RCS עם 12 דצינים מסודרים בארבעה אשכולות. אלה, משחתים היפרגליים (nitrogen tetroxide ו hydrazine), סיפקו שליטה בגישה במהלך הכניסה מחדש. CM תוכנן להיות דחף אווירודינמי מעל רוב פרופיל הכניסה, אבל הדחף היו חיוני עבור מתגלגל כדי ליישר את המרומם של CM וריאציות עבור נזלת של כדור הארץ לאחר תיקון מהיר של טיפול עבור tarre: לאחר ה-ה של טיפול קצרי דם ממוקדים של מסלול הדם של 13 צניטריסרקויים.

הסעה: Orbiter

מעבורת החלל השתמשה בשילוב של משטחים אווירודינמיקה (מעל 10, פני השטח האווירודינמיקה, ריצוף, גוף flapancy) ו RCS דחף עבור בקרת גישה במהלך הכניסה. מעל מאך 10, משטחים אווירודינמיים אינם יעילים בשל לחץ דינמי נמוך, כך RCS הראשי (התחילה על פני האף ו-Aft) סיפקו את כל השליטה.

SpaceX Dragon 2

Dragon 2 משתמש 16 ד"ראקו דחף עבור בקרת מסלול ו- 8 מנועי SuperDraco עבור מערכת הבריחה של השיגור ופלט propulsive הנחיתה. במהלך החזרה, הדרס מספקים שליטה בגישה בזמן שהרכב נמצא בוואקום, וכאשר הוא נכנס לאטמוספירה, סנפירים אוויריים אוויריים (פאנלים "טרנק") מספקים כמה יציבות פסיבית.

« טכנולוגיות מתקדמות Thruster Technologies

טכנולוגיית Thruster ממשיכה להתפתח, מונעת על ידי דרישות לביצועים גבוהים יותר, מסה נמוכה יותר ואמינות רבה יותר.

  • (FLT:0)Gimbaled: 1FLT:1 הרכש המנועים העיקריים על ג'מבלים מאפשר סט ו- Yaw לשלוט ללא מניעים נפרדים של RCS, שמירת מסה. מנועי סופרקו על Dragon הם גמבלים, כמו גם המנועים על ספינת הכוכבים.זה מספק סמכות שליטה חלקה ומתמשכת לטיסות מונעות.
  • (FLT:0) פלוגנציה-width והפחתה מינימלית של אימפולס:Felople:1 שסתום דחף מודרני יכול לפתוח ולסגור במלי שניות, המאפשר מעט מאוד דחפים קטנים.זה מאפשר שליטה על גישה טובה ולהפחית פסולת דחף. לדוגמה, משחיתים של Orion RCS יש אימפולס מינימלי של פחות מ- 0.1 Ns.
  • (FLT:0) מניעים ירוקים: FLT:1 hydrazine מסורתי הוא רעיל ודורש אמצעי זהירות נרחבים לטיפול. Alternatives כגון LMP-103S ( תערובת hydroxylammonium nitrate) או AF-M315E מציעים ביצועים גבוהים יותר עם רעילות מופחתת, מפשט פעולות קרקע ומאפשר שילוב בטוח יותר של נאס"א (IM) הוכחו כי הם בעלי יכולת שליטה גבוהה יותר עבור כלי רכב עתידיים, ולהוביל אותם.
  • (FLT:0) דנטלי-מודלים: 1 (FeloLT:1) כמה עיצובים משלבים הנעה כימית וחשמלית ביחידה אחת, באמצעות כוויות כימיות גבוהות להרסה ומניעה חשמלית נמוכה להתאמות משובחות.
  • ייצור אדרבא:0 (Additive Manufacturing:FLT:1 3D הדפסה מאפשר ערוצי קירור מורכבים ומבנים אינטגרליים בדחפורים, צמצום ספירת חלק ומשקל.SpaceX משתמשת באופן נרחב בייצור תוספים עבור רכיבי המנוע שלה, כולל SuperDraco.

מצבי כישלון ואדריכלות רדונדנסית

בהתחשב בקריטיות של דחף במהלך החזרה, כשלים דחף צריך להיות צפוי ולהפחית.מצבי כישלונ משותף כוללים שסתום דבק (פתוח או סגור), חוסר יציבות, שחיקה ללא סחרחורת, ודלפות מערכת להאכיל מונעת.

  • (ב) ⁇ :0) הכפופות של ה-FLT1 (מספרים) לציר, לעתים קרובות עם שסתום בידוד כדי לבודד דחף כושל.
  • (FLT:0Cross-strapping: FLT:1 מקביל אלקטרוניקה להבטיח כי כשל מעבד יחיד אינו מתפזר אשכול דחף שלם.המחשבים GNC הם די אדום (לפעמים quadruple) להצביע על פקודות.
  • (FLT:0) הידרדרות אדירה: 1FLT אם מספר רב של דחף נכשל, מערכת הבקרה אמיתית מחלחל בין שאר הדחפורים, אולי מקבל סמכות שליטה מופחתת.הרכב עשוי לאמץ פרופיל כניסה שפיר יותר, כגון מסלול בליסטי (לא מרומם) כדי להפחית את המאמץ הנדרש.
  • (FLT:0) רווחי תקציב בולטים: FIRLT:1 מתכננים המשימה להקצות דחף נוסף כדי לכסות תנאים לא-נומינאליים.

דוגמאות היסטוריות מדגישות את החשיבות של undancy. במהלך משימת STS-93, קצר חשמלי גרם למנועי הראשי של מעבורת לסגור מוקדם, הגבלת המסלול הניתן על ידי ה- STS-93, OMS (מערכת תמרון אוביטלית) היה מספיק דחף לפצות.במערכת הבריחה של Soyuz MS-10, מערכת הבריחה ירה את הדחף שלה כדי למשוך את הקפסולה מהרקטה, נכשלת, עד כמה זמן לא ניתן להציל חיים גבוה אפילו ממות.

מגמות עתידיות ב- Thrust for Reentry control

כסוכנויות חלל וחברות פרטיות רודפות משימות לירח, למאדים ומעבר לכך, השליטה בזריעת השימוש בדחף תמשיך להתקדם.

  • (FLT:0) נחיתה גבוהה של בעלות דיוק: אנדרטה: 1:1 מאדים לנדרס כמו פסיקת Perseverance השתמש בגישה "משוגעת" (sky crane), אבל משימות אנושיות עתידיות יחייבו כנראה נחיתה אינטגרטיבית של המוני גדולים. Thrusters עם שפע של בריחת שתן עמוקה ומודלים חזקים של אינטראקציה עם יציבות וצנרת אחורית חזקים נמצאים תחת פיתוח.
  • מערכות בקרה מבוססות מכונה:0; מערכות בקרה מבוססות מכונה (GNC) יכולות להתאים את דפוסי הירי של דחף בזמן אמת, להסתגל לתנאים אטמוספיריים בלתי צפויים או נזק לרכב.מרחב X-37B, לדוגמה, משתמש בתוכנה אוטונומית עבור פרופיל הטיסה כולו, כולל כניסה ונחית מסלול.
  • (FLT:0) הנעה אלקטרונית לשמירת תחנה לפני הכניסה:FLT:1 בעוד עדיין לא בשימוש עבור החזרה עצמה, משחתות יון נפוצים יותר ויותר עבור העברה בין כוכבית ותחזוקה למסלול. הדחף הספציפי הגבוה שלהם, אך דחף נמוך גורם להם לא מתאים עבור כוויות דה סלרעציה, אבל הם יכולים לשמור על מיקום מסלול מדויק לפני שריפת התשואה, צמצום מסה המונית.
  • מערכות דחף ירוקות:0 (FLT:103) עם מגבלות סביבתיות ובטיחות גוברות, המעבר לעבר פחות מדחפורים רעילים הוא מאיץ.תוכנית שיגורים עתידיים של סוכנות החלל האירופית כוללת עבודה על דחףי RCS ירוקים לכדי קפסולות כניסה.
  • (FLT:0) ניהול בריאות הרכב המשולב (IVHM): חיישנים של קונסול 1 יכולים לדחוף בריאות לפקח בזמן אמת, לחזות כישלונות לפני שהם מתרחשים ולתאם אסטרטגיות בקרה בהתאם. גישה פרואקטיבית זו מפחיתה את הסיכון ומרחיבת את חיי המערכת.

מסקנה

התפקיד של דחף ביציבות כלי הרכב ובקרת הוא יסודי ורב פנים.זה הכוח הפעיל שמתקן הפרעות בלתי נמנעות, מבצע התאמות מסלול מדויקות, ובסופו של דבר מבטיח נחיתה בטוחה.מ דחף RCS הקטן ביותר יורה דופק מטבולי השני לשרוף רעמים של מנוע נחיתה, כל יישום של דחף הוא תרומה מחושבת בקפידה להצלחה.

לקריאה נוספת, ראה:

  • ההרחבה הירוקה של נאס"א (GPIM)
  • (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • דו"ח טכני של נאס"א: דחיית רכב ובקרת שליטה
  • [01:0] ,364247]