İnsanlık uzay araştırmalarının sınırlarını zorladığı gibi, daha verimli tahrik sistemleri için arayışı azalır. Gezegensel atmosfer girişi için önemli bir vaat sağlayan bir teknoloji, Mars gibi gezegenleri nasıl araştırdığımızı potansiyel olarak dönüştürebilir.Ancak, bu da petrol ve oksiter,jetlerin giriş araçlarına uygulanması, aşırı ve yörüngelere göre farklı bir şekilde bir atmosferel giriş araçlarına ve potansiyel kısıtlamalara yol açabilir.

Ramjet Temelleri: Operasyon ve Tasarım Prensipleri

Bir ramjet, yanma odası gibi dönen bileşenler olmadan çalışan hava-breathing jet motorudur. Bunun yerine, aracın ileri hareketine, gelen havayı dikkatlice şekillendiren bir kartuş 2'den daha iyi bir şekilde sıkıştırarak, yüksek çözünürlükte hipokompiyona sahip olması için daha basit ve daha basit bir şekilde gazlar üretilebilmektedir.

Ramjet'in 20. yüzyılın başlarında geri yüklenen tarihler, özellikle de Fransız mucit René Lorin tarafından 1913 yılında açılan patentlerle, Soğuk Savaş sırasında pratik gelişim hızlandı, özellikle de füzeler ve yüksek hızlı uçaklar için.Gürücüklerin basitliği, özellikle de yüksek hızların doğal olarak önemli olduğu için, yüksek hızların doğal olarak yer aldığı bir giriş senaryosu için, bir uzayın atmosferindeki aşırı ve yüklerinin aşırı yüklerinin aşırı yüklerinin aşırı yüklediği yüksek enerjik sınır dışı edilmesi için yeterli oksijen sağlıyor.

Giriş ve Keşif için Anahtar Avantajlar

Giriş araçlarındaki ramjetlerin birincil yararı kitlesel bir azalmadır. atmosferik oksijen kullanarak, araç, gelecekteki araçlar için ağır o oksitleyicileri taşımaktan kaçınır.Bu kilo tasarrufları bilimsel ödeme yüklerine veya iniş sistemlerine yönlendirilebilir, böylece yatırıma genel görevi artırabilir.

  • [FONT:0)Enhanced Yakıt Verimliliği: Ramjets, aynı hızda kimyasal roketlerden daha yüksek bir dürtüye sahiptir, çünkü atmosferden oksiterin en yüksek yakıt tüketimine yol açarlar. Bu, hafif araçlar veya daha büyük maaş yüklerine izin verir. Örneğin, bir ramjet-güçlü Mars iniş aracı, Dünya'dan gelen maliyetlerin potansiyel olarak azaltılması için.
  • [FONT:0) Yüksek Hızlandırma:[Dönetici:[Dönetici: 0) Giriş araçları, geçici olarak yüksek Mach numaralarına ulaşır. Ramjets, bu rejimlerde tam olarak işletmek için tasarlanmıştır, giriş sırasında potansiyel tahrike izin vermek için sadece balistik kesintiye uğrayabilir.
  • [[Dönetici aralık: 0[Dönetici: 0,2) Daha düşük yakıt ihtiyacı olan, araç daha uzun atmosferik uçuşlar gerçekleştirebilir, iniş yapmadan önce hava anketlerini veya birden fazla site soruşturmalarını gerçekleştirebilir.
  • [FONT:0) In-Situ Resource Utilization (ISRU): [Döneticiler uygun atmosferle gezegenlerde, ramjets yerel olarak hasat edilmiş yakıt (örneğin, su buzundan hidrojen) bir atmosfer oksijenle bir araya gelebilir, daha da Dünya tarafından başlatılan malzemeleri azaltın.
  • [FONT:0)Aktif Descent Control: [Dönetici:[Dönetici:0)[Dörtücüler, ısı kalkanları ve parachutes gibi inekler arasındaki kontrolleri verir.Bu kontrol edilebilirlik on metreye kadar kilometreye kadar iniş doğruluğunu artırabilir.

Teknik Meydanlar ve Kıtlar

Teorik avantajlarına rağmen, ramjets gezegen giriş uygulamaları için birkaç sıra dışı engellerle karşı karşıyadır. Bu zorluklar aerodinamik, termal yönetim ve atmosferik kimyayı kapsar.

Asgari Hız Gerekliliği

Ramjets statik itme üretemez. Havayı sıkıştırmak için ileriye doğru güveniyorlar, bu yüzden Mars'ta bir kovalama sistemi (örneğin, yüksek hızda araçta operasyonel Mach sayılarını hızlandırmanız gerekir.For entry araçları için, bu, ramjet işlemi sadece giriş sırasına ulaştıktan sonra mümkün olacaktır.Örneğin, bir mermi makinesine başlamak için bir havale motoruna ilk önce bir havaleğe girebilmek için bir yol açabilir (tipik olarak Mach 3) ve sonra da ramjeterya ve devam etmek gerekir.

Extreme Termal Çevreler

Hava sıcaklığı girişi, Mach 25, ısıyı binlerce derece °C'yi üretebilecek ve yanmalı oda, bu koşullara dayanmalıdır. Gelişmiş termal koruma malzemeleri, seramik matris kompozitleri veya ablalı kaplamalar gibi, aynı zamanda motor ve ön ısıtma sistemi, soğutma performansı olmadan. Aktif soğutma sistemleri, yakıt veya özel soğutucular kullanarak, gerekli olabilir.Forum, rejeneratif soğutma kanalları, aynı zamanda yanma odası etrafındaki yakıtı ısıtabilir.

Atmospheric Piano and Influence

Ramjets, oksiter zengin bir atmosfer gerektirir. Dünya atmosferi, ideal olan% 21 oksijendir. Ancak diğer gezegenler feazi etkileyen farklı koşullar sunar.

  • [FONT:0]Mars: [DÜDÜT:1] atmosfer, sadece oksijen miktarı ile takviyeli oksijenin alınmasına ihtiyaç duyarken, CO2 ile birlikte yakılabilecek bazı tahrik konseptleri için oksijen kaynağı olabilir (örneğin, karbondioksit kesintisi sağlam bir oksit elektrolizer ile), doğrudan ramjet yanması zor.
  • [FONT:0)Venus: [Dönetici: [Dönüşük atmosfer çoğunlukla sulfurtoksi ve su buharı için özel filtrasyon veya yüzey kaplamaları gerektirecektir.
  • [FONT:0)Gas Devs (Jupiter, Satürn): [Dönetici: 1) Bu, hidrojende zengin ve helium. Ramjets, hidrojeni atmosferik oksijenle (eğer mevcutsa) veya diğer reaksiyonları kullanarak teorik olarak yakabilir, ancak oksijen ve derin yerçekimi iyileri çok talep eder. Probe görevleri, hidrojen için ramjetleri kullanabilir, ancak güç ve soğutma büyük engeller olacaktır.
  • [FONT:0)Titan: [Dönetici:[Dönetici: 0) Satürn'ün ay, oksijenle dolu kalın bir atmosfere sahiptir, ancak yine oksijenin yüzeyinden taşınması veya çıkarılması gerekir.Eğer oksijen varsa, Titan'ın düşük yerçekimi (0.14g) ve yoğun atmosferi (1.45 metrede yüzeyde)

Hipersonik Hızlarda Kombinasyon Stability

Mach 6 ve üstü, yanma odasındaki hava zamanı son derece kısadır ( milisaniye siparişi). Tüm yakıt karıştırması ve bu penceredeki ateşlemeli tasarımları ve yakıt-hava karıştırma stratejileri Alevileri, bu yüzden katletler veya strutlar gibi, aynı zamanda alevler ve ısı stresi de dengeler.For planet giriş için, aracın hızla tükenmesi gereken yerde, motorun geniş bir dizi Mach numaraları ve dinamik baskılar arasında yanması gerekir.

Malzeme Bilimi ve Termal Yönetimi

Giriş araçları için ramjetlerin gelişimi, hem yüksek sıcaklıklara ve oksitleyici ortamlara dayanabilecek malzemeler gerektirir. Karbon karbon-karbon kompozitleri, silikon elyaflar ve rerakter metaller ek olarak, aktif bir soğutma teknikleri kullanarak - daha önce ısıtıcı maddeler etrafında ısınan ısınmış sular gibi - enjeksiyonlar da ısınmış gaz bileşenlerinin seçimi mevcut yakıtlara bağlı olabilir; örneğin, sıvı mettan hem de serin bir ısıtılabilir.

Karşılaştırmalı Analiz: Ramjets vs. Diğer Giriş Teknolojileri

Ramjets'in viability'ini değerlendirmek için, onları gezegensel giriş için diğer tahrik ve decelerasyon yöntemleriyle karşılaştırmak yardımcı olur. Tüm senaryolar için tek bir teknoloji en uygun değildir ve ticaret-offlar dikkatle değerlendirilmelidir.

Geleneksel Ballistic Giriş

Mevcut giriş araçları, Mars Pathfinder ve Mars Keşif Rovers gibi görevlerde kullanılan ısı kalkanları ve parachutes kullanarak atmosfer sürüklenmelerine güveniyor. Ancak, büyük iniş elipleri (kırkların) ile sonuçlanan sınırlı kontrol sunuyor. Ramjetler aktif bir modülasyon sağlayabilir ve Mars Pathfinder ve potansiyel abort yeteneklerine izin verebilir.

Rocket Propulsion for entry

Rockets, atmosferik oksijene güvenmeksizin bir araç ayırabiliyor, onları herhangi bir atmosfer için uygun hale getiriyorlar, büyük miktarda oksiter, artan kütle ve maliyet taşımaları gerekiyor.Marma'nın Sky Crane'si, yüksek hava basıncı nedeniyle daha az verimli kullandı, ancak ramjets daha yüksek hava yüklerini daha yüksek yükleri daha yüksek yükleri (potansiyel olarak birkaç toparlamalar) daha yüksek hava yükünden daha yüksek bir şekilde faydalanabiliyor.

Scramjets (Supersonic Combustion Ramjets)

Scramjets, süpersonik hızlarda meydana gelen patlamaların evrimidir, daha yüksek Mach numaralarına (above Mach 6) giriş ve hipersonik aralığındaki konumlar için (Mach 20+), scramjets, çift-parçalımjetler ile ilişkili kayıplardan kaçınabilirler, uçuş geçiş modlarına bağlı olarak tüm uçuş geçiş modlarına bağlı olarak daha karmaşıktır.

Parachutes ve Deployable Deceler

Bunlar düşük hızlı kesintiye maruz kalmak için hafif seçeneklerdir, ancak ince atmosferlerde (örneğin Mars gibi) düşük dinamik baskı nedeniyle etkisizdir. Örneğin, Mars'ın atmosferi, Dünya'nın yoğunluğuyla sadece% 1'i var, bu yüzden parachutes çok büyük olmalı ve sadece Mach 2. Ramjets'in altında kontrol edilebilir, parachutes yeterince erken dağıtmadığı zaman iniş sistemlerine alternatif sunabilir.

Mevcut Araştırma ve Gelecek Yollar

Birkaç araştırma inisiyatifleri, uzay uygulamaları için ramjet ve scramjet teknolojisini araştırıyor. Kuşkusuz, X-43A ve X-51A programları, Dünya'nın Langley Araştırma Merkezi'nde 9.6 ve Mach 5.1'e ulaşmak için, bu başarılar, aracın şarj edilebilirliğini artırmak için bir roket artırıcısını kullanıyor ve bu tür bir atmosferin en kalın parçası olarak 30-60 saniye boyunca yapılan bir atmosfere ekleyen bir karbonatını sağlıyor.

Başka bir umut verici alan, Venüs örnek geri dönüş görevleri için ramjets kullanımıdır. Yoğun Venüs atmosferi (90 barı yüzeyde), yüksek verimlilik nedeniyle, aksi takdirde imkansız bir Venüs test makalesi kullanarak, methane ve oksijen için kalın bir atmosfer kullanarak, aksi takdirde en iyi şekilde engelleyici bir şekilde geri dönüş sağlar.

ESA'nın Mars (TRM) projesi için Throttleable Ramjet, endüstri ortaklarıyla işbirliği içinde koşan, yüksek çözünürlükte bir dizi Mach koşulunda en iyi sıkıştırmayı korumak için bir değişken geometri kullanıyor. Bu teknoloji, Mars'ın koşullarını basitleştirebilecek bir konsepte sahip olabilir.Bu testler, “Sky ramjet’in% 100 itme kapasitesinin tamamını kontrol etmek için kullandığı bir yörüngeye sahip.

Dış kaynaklar bu gelişmeler hakkında daha ayrıntılı bilgi sağlar. X-43A programı, [FONTA'nın Kuruden Uçuş Araştırma Merkezi tarihi sayfası) tarafından açıklanmaktadır.[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ)

Sonuç: Ramjet Giriş Araçları için Yol İleri

Ramjets, daha büyük maaş yüklerinin ve genişletilmiş görev süresine bağlı olarak, en az hız gereksinimini, aşırı ısıtımı ve atmosferik bir oksijeni kullanarak, oksitleyici giriş araçlarının taşıdığı kitlesel cezayı azaltacak, daha büyük ücret yüklerine ve genişletilmiş görevlere bağlı olacaktır. Ancak, teknik engeller -özellikle de en az hız gereksinimi, aşırı ısıtımı gerektiren yükler ve atmosferik kompozisyon kısıtlamaları - non-trivial olmayan giriş araçlarının başarısı, malzemelerdeki ilerlemelere bağlı olacaktır.

İlk hız için roketleri birleştiren ve sürekli tahrik için ramjetler, güneş sistemimizin çeşitli atmosferini araştırmak için standart bir araç haline gelebilir, hem de önümüzdeki iki on yıl içinde Mars veya Venüs'te uçuş testleri görebilir.Bu testler, performanslarını gerçek bir atmosfer koşullarında doğrulamaya adanmıştır.Eğer başarılı olursa,jetler güneş sistemimizin çeşitli atmosferini keşfetmeyi tercih edebilir ve hem de atmosferik bir şekilde uçuş testlerini sürdürebilir.