Uçaksız kargo taşıma görevleri uzay araştırmalarının kritik bir bileşenidir, bu uzay aracının teslim edilmesine ve uzaysal yenilikleri ve uzaysal bütünleme görevlerine karşı bilimsel araçlardır.Aktif olmayan görevler aksine, kargo uzay aracı ve bağımsız navigasyona öncelik vermeli, tüm bunlar, zorlu toplu ve maliyet kısıtlarını incelerken, tüm bu makale, uzay aracı ve gelecekteki kargo taşıma yeteneklerini içeren temel mühendislik disiplinlerini inceler.

Interplanetary Cargo Spacecraft'da Tasarım Meydanları

Uzaylı bir kargo aracının mühendislikteki birincil meydan okuma, aydan yıla kadar uzatılabilir olan son derece zor denizel uzayından, yörüngedeki tüm sıcaklıkları (örneğin, güneş enerjisine) korumak için yeterli miktarda delta-V (enerjiye geçiş) sağlamalı ve sabit olmayan kozmik radyasyon, güneş enerjisi, güneş enerjisine sahip olan aşırı sıcaklık (kısayıda) düzeltmeler yapabilmeli.

Uzun Süreli Kargo Hauls için Propulsion Technologies for Long-Duration Cargo Hauls

Geleneksel kimyasal roketler, fırlatma için yüksek iterken, düşük özel dürtüleri nedeniyle geçici yolcu gemisi aşamalarına (Isp) yük kuvvetlerine giderek daha düşük itkiler ve Hall- efektif iterler gibi elektrik tahrik sistemlerine güveniyorlar.Bu, hızları hızlandırarak iter.For kargo için 1.500 saniyeye (versus ~ 300 saniyeler) Bu, yüksek insan motorları için yüksek maliyetlidir (belirli)

[FONTP) [FONTP) , bir başka umut verici teknolojidir. Bir NTP sisteminde, nükleer reaktör ısıları yakıtsız (tipik olarak hidrojen) bir nozul olmadan aşırı yüksek sıcaklıklara sahiptir. -800-1.000 saniye köprüler, kimyasal ve elektrik sistemleri arasındaki boşluğu azaltabilir, böylece geçiş zamanlarını kısaltır.

Hibrit mimarlıklar da görünür: Ekleion yakma için kimyasal tahrik (örneğin, Mars yörünge ekiyonu) kullanarak, elektrikli itpiColombo'nun bilim aletlerini taşımazsa, yük yük yükleyicisi kullanır.

Yapısal Tasarım ve Malzeme

Uzaylı yapı aynı anda yakıtlı talep ve sağlam yüklemeye dayanacak kadar hafif olmalıdır (8-12 g yel ivme, artı akustik vibrasyonlar), termal bisiklet ve mikropoid etkiler. Mühendisler giderek daha fazla kullanım sağlar:0)karbon-fiber-jektif polimerler (CFRP)) birincil yapı elemanları için 100 metrik ölçüm için tasarlanmış çelik-kırıklamalar için yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte paslanmaz çelikler için tasarlanmıştır.

Modüler yapısal tasarımlar, tüm zanaatı yeniden tasarlamaksızın, ayrı konteynerler veya “kargo modülleri” olarak entegre edilmesine izin verir.Bu, Dünya'da montaj ve test eder ve farklı misyon yüklerini (presifize edilmiş habitatlar, baskılanmamış ekipman, yakıt perdeleri) teslim etmeden önce teslim eder. Örneğin,FLEN:0Artemis insan iniş sistemi)

Uçak Dışı Kargo Taşıması için Anahtar Sistemleri

Propulsion and structure ötesinde, birkaç kritik alt sistem başarılı bir görev için birlikte çalışmalıdır. Aşağıdaki bölümler en önemli olanları detaylandırır.

Power Generation ve Enerji Depolama

Tipik interflytary kargo uzayı birkaç yüz watt gerektirir; Güneş'e giden elektrik enerjisinin yüksek çözünürlükte kullanılması, güneş enerjisinin sürekli olarak Güneş'e kadar (1.5 AU) yüklenmesi, güneş enerjisinin %44'ü, güneş enerjisinin yüksek çözünürlükte olduğu gibi, güneş enerjisinin yüksek çözünürlükte olduğu gibi, güneş enerjisinin de yüksek çözünürlükte olduğu gibi.

Enerji depolama şarj edilebilir bataryalar şeklinde -tipik olarak lityum-iyon – zirve yükleri sırasında güç (örneğin, ateş itkileri, iletişim yanları) veya güneş dizileri gölgelandığında, batarya kapasitesi ve döngü hayatı çok yıllık bir görev üzerinde beklenen derin-şarı olayları için dikkatli bir şekilde tasarlanmalıdır.

Termal Yönetim

Uzaylı termal kontrol, iç elektronikten ısıyı reddetme ve işletim sıcaklığı aralıklarında ekipman bakımı arasındaki dengeleyici bir harekettir.Spektif motorlar, güç dönüşümü ve aviyonikler. Pasif yöntemler, çok fazla yalıtım malzemesi (MLI) battaniyeleri, yüksek izinli boyalarla kaplı olan radyatörler ve ısı transferleri radyatör panellere ısıtılır.Senceli sıvı döngüler kullanılarak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılabilir.

Radyasyon Shielding

Kargo insan biyolojik hassasiyete sahip değildir, hassas elektronik ve bazı para yüklerine (örneğin, biyolojik örnekler, kuantum sensörler, pervanant stabilizatörler) ikrarlı radyasyon dozları ile bozulabilir. Galaktik kozmik ışınlar (yüksek enerjili protonlar ve ağır iyonlar) ve güneş parçacık olayları (en çok hassas kutular) genellikle mikroelektroniklerde tek bir şekilde sinir bozucu yapılar için, iki taneli su geçirmez tankları, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan bir şekilde, yüksek çözünürlükte bulunan bir şekilde, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte.

Kaartlı kargo uzay aracı, Mars ile yeniden can atmalıdır veya bir ay boyunca düşük bir yörüngeye düşer. Hassasiyet Dünya veya Derin Uzay Ağ antenleri ile değişen bir kombinasyonla elde edilir. Otomatik optik navigasyon - kameraları bilinen vücutları-belirli ölçüm birimleri[Döneticileri, gyroskopları ve hızları dahil olmak üzere) - Dünya veya Derin Uzay Ağ antenleri ile uzun süre boyunca yörüngede tutmak için uzay aracına geri ödeme yapmak için.

Kargo işleme, Stowage ve Landing Systems

Kargonun kendisi – bu, donmuş gıda, 3D yazıcılar veya inşaat malzemelerinin paletleri – henüz başlangıçta ve iniş hızları sırasında güvenli bir şekilde kısıtlanmış durumda, ancak robotik kolları veya insan ekibi tarafından erişilebilir hale gelir.))) Çelikler (DDD yazıcılar, veya inşaat malzemeleri ile arayüzler (Uluslararası Docking System Standard veya NASA'nın gelişmiş gelişmiş Advanced Kargo konteyner konteynerleri gibi) küçük parçalar için kullanılırken, daha büyük ekipmanlar için kullanılır.

Bir başka gezegene veya ay'a inmek için, giriş, iniş ve iniş (EDL) sıra kritiktir. Atmospheric Cargo (Mars, Venüs) ısı kalkanları, süpersonik geri çekilme gibi yeni yaklaşımlara ihtiyaç duyar, sonra da SpaceX-yıldızlar veya hava çanta sistemleri tarafından kullanılır.

Misyon Planlama ve Trajectory Optimizasyon

Uçak dışı bir kargo rotası sadece hedefte hedef almayı hedeflemenin bir önemi değildir. Misyon tasarımcıları gezegensel uyum için hesaba katmalıdır, Mars için sadece 26 ay sürebilir, yerçekimi yardımı (örneğin, Dünya veya Venüs etrafındaki çekimler), ve yörüngesel kısıtlamalar için.For kargo için, görevdeki pencereler (daha yavaş, daha yakıtlı bir geçiş için) kullanılabilir.

Özerk rehberlik önemlidir: Uzaylı, yörünge düzeltme manevralarını (TCMs) otonom olarak yürütmelidir, gemi ephemeris verilere dayanarak yanmaları hesaplayın.For kargo için, yazılım mürettebatın görevlerinden daha basit olabilir - gerçek zamanlı abort senaryoları için gerek yoktur - ancak hala sert hatalara, iletişim damlaları ve sensör hatalarına ihtiyaç duymalıdır.

Reddans, Güvenilirlik ve Test

Uçaksız kargo uzay aracı genellikle kritik bileşenlerin yedeklerini taşır -değerler, güç dönüştürücüler, bilgisayarlar - veya elektrik tahrikleri için, birden fazla iten dizeleri. Ancak, kırmızı yedekler kütle ve maliyet ekler.) Mühendisler kullanımları .) bir yedek Güneş sensörü ve gyros için yeterli olabilir; ancak tek bir hata motorun en değerli olduğuna karar vermek için.

Zemin testleri vibrasyon/kuvvetli testleri (protoflight) içerir, termal-vacuum testleri (gösterilmiş ısı reddedilmesi ve vakum performansı), ve elektromanyetik uyumluluk testleri. büyük kargo araçları için, tam ölçekli zemin testleri son derece pahalı olabilir; bunun yerine, “protoflight” yaklaşımlar - uçuş ünitesinin kendisi azaltılır düzeyde test edilir - özellikle de kullanılabilir.

Maliyetleri ve Uluslararası İşbirliği

Uçaksız kargo görevleri pahalı - başlangıçta yüz milyonlarca ila milyarlarca dolar. Maliyeti azaltmak uzay mühendisliğinin kutsal raylarıdır. Çeşitli yaklaşımlar takip ediliyor:

  • [FONT:0)Reusability:[Dönetici:[Dönetici: 0) SpaceX'in Yıldızlığı ve Falcon 9, aynı şeyi kargo uzay aracına uygulamak (örneğin, aerodinamik ısı kalkanı ve iniş yoluyla Dünya'ya geri dönmek) on binlerce ila birkaç bin dolar arasında per-kömüre masrafları azaltabilir.
  • [FONT:0)In-situ kaynak kullanımı (ISRU): ), Üretim yakıtı Ay veya Martian buzundan su, Dünya'dan geri dönme ihtiyacı ortadan kaldırır, feribot malzemelerinin üslere ve üslerden gelen kargo taşımaları için radikal bir şekilde azaltma ihtiyacı ortadan kaldırır.
  • [FONT:0]Uluslararası ortaklıklar: [Dönetici: [Dönetici], ESA, Roscosmos, CNSA ve JAXA çeşitli kargo görevleri üzerinde işbirliği yaptı (örneğin, ESA'nın otomatik Transfer aracı, JAXA'nın HTV'si ISS'ye yayılıyor).
  • [FONT:0] ⁇ satın alma: [DÜDÜDÜT:1] NASA'nın ŞUYUŞUŞUŞUŞUŞUŞUŞUŞUŞUŞUÇAYOR:2) ⁇ Ay Payload Hizmetleri (CLPS)) programı, Ay'a özel şirketlerden yük teslimatını satın alır, inovasyonu teşvik eder ve rekabet yoluyla kesintiye uğratın.

Uçaksız kargo mühendisliğinin sınırı birkaç hırslı trend tarafından tanımlanır:

  • [FONT:0] Özerk robotik bir işlem: [Dönetici:[Dönetici:0) Gelecekteki kargo uzay aracı, insan varlığı olmadan yüzey habitatlarına ürün taşımalı ve transfer malzemeleri, NASA'nın [[Dönetici:2)Astrobee) ISS içindeki robotlar öncülerdir, ancak interplanetary versiyonlarının ağırlık azaltımı veya tele-robotiklerin iletişim gecikmelerine tabi tutulması gerekir.
  • [FONT:0]Aerocapture ve aerobraking: [Döneticileri taşımak yerine, bir uzayın hız dökmesi için bir gezegendeki üst atmosfere atabilir.Bu, kesin navigasyon ve termal koruma gerektirir, ancak Mars misyonları için% 30-50 azaltılabilir.
  • [FONT:0]Nuclear elektrikli tahrik (NEP): ), yüksek güç elektrik iterleri ile bir uzay reaktörü şarj etmek, Mars'a 3-4 ay boyunca geçiş zamanlarını Mars'a taşıyabilirken, NASA'nın 03.
  • [FONT:0]On-orbit montaj ve pervantlar:[Dönetici:0) Büyük bir tek uzay aracı başlatmak yerine, Dünya yörüngesinde parçalara gönderilecek ve bir Lagrange noktası üzerinde monte edilebilir (veya Lagrange noktası) geri yakıt kargo gemileri, seyahat süresinden ödün vermeden daha verimli, düşük güven tedarikini kullanabilecekleri.
  • [FONT:0]3D kargo baskısı: [DDD] Uzak gelecekte, hammaddeler (bölge, metaller) zaten yedek parçalar veya inşaat elementlerine yerleştirilebilir, önceden belirlenmiş kargo başlatma ihtiyacını azaltın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uçak dışı kargo taşımacılığı için uzay aracının mühendisliği, kitlesel, maliyet, güvenilirlik ve riskin sınırlarını zorlamak için çok disiplinli bir çabadır.Her görev - bir Ay dışı kargo ağına malzeme teslim etmek, bir Marslı üssüne veya gelecekteki bir asteroid madenciliğine - bu teknolojileri geliştirmeye devam etmek için, bu teknolojileri araştırmak ve korumak için bariyeri ortadan kaldırmak için sürekli olarak, güneş enerjisi, yeniden kullanılabilir araçlar ve geri yükleme maliyetlerimizi ortadan kaldırmak için, sürekli yük taşımacılığına uygun bir şekilde hareket eder.