Thrust'ın Reentry araç İstikrarı ve Kontrolü

Uzay misyonlarının atmosferik yeniden tanımlanması, şiddetli istikrarsızlığı teşvik eden en aşırı ve olumsuz ortamlardan birini temsil eder.Bu kritik aşamadaki hassas stabilite ve kontrole yol açan bir araç, ikinci başına 7.8 kilometredir - sağlam bir koruma sağlarken, kalıcı sıcaklıklara karşı aktif bir hız sağlarken, güçlü bir yük devretme sistemleri, düzeltme ve kontrol altında yatan temel güvenlik görevlerinin ve en sonundaki adımların belirlenmesi ve kontrol altına alınmasında belirleyici rol oynar.

Thrust'ı Yeniden Çevrede Anlamak

Thrust, reentry araçların bağlamında, hızla değişen atmosferik bir yoğunlukla, hızdaki üşükücü kütleyi bir nozul ile yüksek hızda uzaklaştırarak üretilen reentry araçlarında değiştirmesi gerekir.Reentry'nin aksine, bir vakumda hız değiştirmek için öncelikle bir pompalanır, hıza kadar uzanır; ve bazen ana motorlar için tekrarlanır.Her tür bir uçak, uçuş sırasında kullanılan araçta dikkatli bir şekilde yardımcı olmalıdır.

Bu itme uygulamasının sadakati kritiktir. Bir itikatın bir saniyenin bir kısmını bile yanlış anda bir tümöre neden olabilir, kontrol veya aşırı ısıtma kaybına neden olur. Bu nedenle, ittiler genellikle araç çevresinin etrafında kümelenir ve kontrol (GNC) bilgisayar.

Stability Versus Control: İki Tamamlayıcı Rol

Uzay mühendisliğinde, istikrar ve kontrol ile ilgilidir, ancak rahatsız olduğunda, aktif giriş olmadan orijinal yönelimine geri dönme eğilimindedir.Reentry araçlar için, aerodinamik istikrar, aktif bir istikrar sağlayarak sağlanır - bir kitlenin merkezi ile karşı karşıya kalabiliyor, Apollo kapsüllerinde görülen gibi büyük bir fark yaratabilir.

Kontrol, diğer yandan, aracın tavrını veya yörüngesini kasıtlı olarak değiştirmek içerir. Thrust, milisaniyelerin zaman ölçeğinde bu amaçla birincil eylemcidir. Örneğin, saldırı açısını ayarlamak veya gerçek zamanlı sapmalara cevap vermek için saldırı açısını ayarlamaktır.

Aerodinamik Etkileşim ve Thruster Placement

Taklitli sular ve dış akış alanı arasındaki etkileşim, araç yapısı veya bitişik manevralar sırasında, tahrikli veya ters yanlışları, uçan sınır tabakaları ve şok dalgaları tarafından defnedilebilir.Yakalamalı akışkan dinamikleri araç yapısına veya iyonize etmek, örneğin, Uzaylı müdahalelere karşı en aza indirmek için.

Kitle (CM) ve baskı merkezi (CP) ilişkisi doğal istikrarı belirler. Verilen bir yeniden araç tasarımı için, itkiler kontrol edilen herhangi bir CP-CM dengelemek için yeterli toklar ve yer almalıdır.Sürücük, GNC sistemi geçiş için dikkate almalıdır, buna göre ittibar komutları ayarlamak özellikle zorlanır ve araç aynı anda birden çok kez ateş eder.

Kontrollü, Roll ve Yaw: Thruster Konsül

Reentry araçlar, üç eksen hakkında yönlendirmeyi kontrol eder. Saha kontrolü (görüntü veya aşağı) genellikle aracın ve aft bölümlerine yakın bulunan sertleştiriciler tarafından yapılır.Yaw kontrol (sol veya sağ) araç eksenlerine ateş eden bir toparlama kontrol (daha uzun eksenli eksenler hakkında bir toparlanır.

Modern araçlar her eksen için kırmızıdan bir yığın makinesi kullanıyor, genellikle her bir itikatın birden fazla eksende ısıtılabileceği bir "kuvvetli" konfigürasyonda ayarlanabiliyor. Örneğin, Orion mürettebat modülünde, sekiz RCS ittidar (in dört pods) tam üç eksenli kontrol sağlar. GNC algoritması, tahrikli tüketimi en iyi şekilde şarj etmek ve aşırı su ısıtmadan kaçınmak için en iyi kombinasyonlar.

Her eksen, aracın atalet anılarından bölünmüş olduğu kadar kontrol otoritesinin yeterli düzeyde gerektirir.Demekli güçlerin üstesinden gelmek için yeterince yüksek olmalıdır, ancak en küçük uyarının (en küçük teslim edilebilir dürtü) başarısız olması gerekir. Thruster tasarımcıları bu kısıtlamaları dikkatli bir şekilde pererodinamik barajlar seçimi ile dengelemek için bu kısıtlamaları dengelemek için yeterince yüksek olmalıdır.

Thrust ve Kontrollü Deceleration: Retrograd Burns

Belki de reentry sırasında en belirgin kullanım aracı yavaşlatmak. Retrograd yanılıyor - seyahat yönüne karşı motorlar – Crew Dragon gibi daha düşük ve bu yananların doğruluğu, birkaç dakika boyunca yörüngedeki araç topraklarının daha düşük bir süre boyunca yandığını gösteriyor.For Apollo, Service Module's main engine performed a deorbit engines exactly timed to achieve a control entry koridor.For modern mürettebat Dragon, the Draco itunters execute the deorbit yanılıyor, çünkü birkaç dakika daha düşük bir süre boyunca.

Araç battığı gibi, aerodinamik sürüklenme hızının çoğunu yapar, ancak süper güçlendiricileri ve Dragon'da, son iniş için bazı tasarımları, en dramatik örnek, her ve throttle'ı sadece bir yumuşak iniş sağlamak için yukarı doğrultmak için ısıtılır.Bu, süper sert bir tavır kullanarak yüksek güvenlendirici motorlar gerekir, bu da genellikle Dragon'da sabit bir kontrol ve hıza kadar üretebilir.

Rehberlik, navigasyon ve Kontrol: Gerçek Zamanda Thrust'ı Yönetin

GNC sistemi, itikatları orkestralar olan beyindir. Sensörler içerir - IMUs, star trackers, GPS, altimeters ve birccelerometreler - aracın devlet vektörü (konuş, hız, tutum, angular) tahmin eder. Kontrol algoritmaları istenen yörünge ve tutum profili hesaplarken, kontrol yasaları bunları itenlere çevirirken, aerodinamik kuvvetler dinamiklere hükmedebilir, bu nedenle kontrol yasaları, bir atmosfer yoğunluğunda belirsizliğe karşı sağlam olmalıdır.

Tipik bir yaklaşım, sabit bir şekilde şarj edilmesi gereken bir kontrol sistemi, bu nedenle, aşırı ısıtmayı önlemek için minimum zaman, geçici bir süre veya azami görev döngüsü gibi bir toparlama işlemine sahip olabilir.For example, an RCS iter to shaer shoots.The control system must also depender constraints, such as minimum on-time, off-time, and use Pulse-year modulation.For example, an RCS iter might have a minimum dürtüs, mean the control system must command a to command a to command a to command a to command a to command a to command a to command a to command a to command a to command multiple small pair.

Hata tespiti ve izolasyon önemlidir. Bir iter yangın veya yangınlar beklenmedik bir şekilde başarısız olursa, GNC sistemi, mevcut itkileri kullanmak için yeniden yapılandırılmalıdır.Bu red dışılık, duruma en iyi iter düzeni ile tasarlanmıştır; örneğin Uzay Servisi 44 birincil RCS iter ve 14 yedek itnier iterleri vardı, üç eksenli kontrolden sonra bile tamamen üç eksenli kontrole izin verdi.

Tarihsel ve Mevcut örnekler

Apollo Komut Modülleri

Apollo Komutanlığı Modül (CM) giriş profilinin çoğu üzerinde bir RCS sistemi kullandı, ancak itpresifler, hipergolic pervananlar (nitrogen tetriyonlar ve hipnozlar) parasal dağıtımdan sonra, CM'nin tahrik edicileri hizalamak için temel alındı.

Uzay Servisi Orbiter

Uzay Servisi, aerodinamik yüzeylerin bir kombinasyonunu kullandı (kesinlikle, rudder, vücut çırpı) ve RCS baskılarını giriş sırasında kontrol sistemi kademeli olarak ikisine "kontrollü" bir algoritma ile karıştırdı. RCS (yolcularda ve aft) tüm kontrole izin verdi.

SpaceX Dragon 2

Dragon 2, 16 tane yörünge kontrolü ve 8 SuperDraco motorlarını fırlatma kaçış sistemi ve propulsive iniş için kullanır.Reentry sırasında, Dracos araç vakumda yavaşlarken ve o zaman hafif bir dokunuşa girer. ilk mürettebat için para cezasına çarptırıldı.For the propulsive iniş seçeneği (özellikle mürettebatlı görevler için planlandı), SuperDra motorlar aracında bir adım atmasına ve sonra hafif bir dokunuşa girerdi.

Gelişmiş Thruster Teknolojileri

Thruster teknolojisi daha yüksek performans, daha düşük kütle ve daha büyük güvenilirlik taleplerle gelişmeye devam ediyor. Bazı önemli gelişmeler şunları içerir:

Başarısızlık Modular ve Red dışı Mimarlık

Yeniden itmen sırasında itme kritikliği göz önüne alındığında, iter başarısızlıkları beklenen ve azaltılmalıdır. Ortak başarısızlık modları valf çubuğunu içerir (açık veya kapalı), yanmazlığı, nozul erozyonu ve pervanant besleme sistemi sızıntıları elde etmek için, araç tasarımcıları çok sayıda reddanttme katmanı uygular:

Tarihsel örnekler, yedeklenebilir yörüngenin önemini vurgulamaktadır.OMS (veyabital manevra sistemi) Soyuz MS-10 abort'da, fırlatma işlemi başarısız roketten kapsülü kapatmaya neden oldu, yüksek güvenen bir itkis (veyabitsel manevra sistemi) geri çekilmek için yeterli bir yol açtı.

Yeniden Kontrol için Thrust'taki Future Trends in Thrust for Reentry Control

Uzay ajansları ve özel şirketler Ay'a misyonlar devam ederken, Mars ve ötesinde, itki yeniden kontrol, ilerlemeye devam edecek. Birkaç trend ortaya çıkıyor:

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yeniden araç istikrarı ve kontrolün rolü hem temel hem de çok yönlüdür.Rekansız rahatsızlıklar, hassas yörünge ayarlamaları yürütmek ve nihayetinde güvenli bir iniş motoruna doğru giden en küçük RCS iterinden, kontrol algoritmalarına ve kırmızıdanslı tasarıma doğru giden görevlere sürekli olarak hesaplanan aktif bir katkıdır.

Daha fazla okuma için, bakınız: