"Teknik açıdan son derece zor" bir uzay uçağında bu kadar zor olan nedir?
Baştan sona uzaya fırlatma maliyetini düşürmek ve gökyüzü ile yeryüzü arasında seyahat etmeyi kolaylaştırmak için dünyanın dört bir yanındaki ülkeler yeniden kullanılabilir araçlar geliştirmek için büyük çaba sarf ettiler.Son yıllarda tanınmış uzay mekiği ve sıcak "Falcon 9" roketi buna örnek. Seçkin temsilciler arasında.
"Falcon 9" uzaya fırlatıldı (fotoğraf kaynağı: www.spacex.com)
Son zamanlarda, Çin'in de benzer bir araç geliştirdiği ve 2020 civarında ilk kez uçmayı planladığına dair basında çıkan haberler var. Haber çıktığında bütün arkadaşlar oldukça heyecanlandı. Bununla birlikte, rapor ayrıca aracın hala dikey olarak fırlatıldığını ve yeniden kullanılabilir bir aracın nihai hedefi olan "uçak" a ulaşmanın en az 15 yıl süreceğini söyledi.
Çoğu insan merak eder, uzay mekiği sık sık duyulur, ama uzay mekiği nedir? Bunun neresi zor?
ABD "X-30" uzay uçağının konsept haritası (fotoğraf kaynağı: launiusr.wordpress.com)
Uzay mekiğinin farkı nedir?
Uzay mekiğine gelince, herkesin buna aşina olduğuna inanıyorum. Amerika Birleşik Devletleri 12 Nisan 1981'de ilk uzay mekiği "Columbia" yı uzaya gönderdiğinden ve uzay mekiği "Atlantis" in son 30 yıl içinde 21 Temmuz 2011'de perde çağrısını tamamladığından beri, havacılık İnsanoğlunun ürettiği en karmaşık araç olan uçaklar, yörünge kurtarma, uydu kurtarma ve bakım ve özel yük konuşlandırmada sayısız tarih yarattı.
Uzay mekiği "Atlantis", Amerikan uzay mekiği çağının sonunu müjdeleyen yavaşça indi (fotoğraf kaynağı: en.wikipedia
Genel olarak konuşursak, bir uzay mekiği genellikle bir yörünge, bir harici yakıt tankı ve iki katı itici içerir.Ancak, genellikle bahsettiğimiz uzay mekiği, sadece insanları taşıyabilen ve dünyanın yörüngesinde dolaşabilen yörüngeye atıfta bulunur. Uçan ama bir uçağın parçaları gibi şekillenmiştir. Uzay mekiği bir uçak gibi görünse de, fırlatma yöntemi sıradan insanlı uzay aracıyla aynıdır. Her iki roket motoru da dikey fırlatma için kullanılır. Uçağın şekli yalnızca uzaydan yere döndüğünde çalışır. Şu anda bir uçak gibi olabilir. Genellikle piste iniş ve süzülme.
Uzay mekiğinin bileşimi bir yörünge aracı, harici bir yakıt deposu ve bir güçlendirici içerir (resim kaynağı: bagera3005.deviantart.
Uzay mekiği, dikey fırlatma için bir roket motoru kullanıyor (fotoğraf kaynağı: www.nasa.gov)
Basitçe söylemek gerekirse, uzay mekiği bir roket gibi fırlar, ancak bir uçak gibi iner, bu nedenle uzay mekiğinin gökyüzüne gitmesini istiyorsanız, bir roket motoruna sahip olmanız ve kendi yakıtınızı ve oksitleyicinizi sağlamanız gerekir. Peki, bir uçakla aynı şekilde kalkan bir taşıyıcı geliştirilebilir mi? Bu şekilde, atmosferdeki oksijen, taşınan oksidan miktarını azaltmak ve böylece uçuş maliyetlerini düşürmek için kalkış aşamasında kullanılabilir. Böylece havacılık uçağı kavramı ortaya çıktı.
Uzay mekiğinin tam adı havacılık mekiğidir, uzay mekiğinden daha fazla "havacılığa" sahip olduğu görülmektedir.Bu ikisi arasındaki en büyük farktır. Fırlatma sahasında fırlatılması ve tümünde roket motorları kullanması gereken uzay mekiğinin aksine, uzay mekiği sıradan bir havalimanında havalanabiliyor ve atmosferdeki oksijenden tam olarak yararlanmak için önce atmosferde uçarken manevra yapmak için hava soluyan motorlar kullanıyor. Hız 2.400 km / s'yi aştığında, bir ramjet kullanın ve atmosferin sınırına ulaştığında yörüngeye hızlanmak için bir roket motoru kullanın.
İngiltere'de geliştirilmekte olan "Sky Tower" uzay uçağının konsept haritası (fotoğraf kaynağı: spacenews.com)
Farklı kalkış yöntemlerine ek olarak, uzay mekiği ile uzay mekiği arasında birçok fark vardır. Örneğin, uzay mekiği itici yakıt tüketirken uzay mekiği yalnızca kısmen yeniden kullanılabilir, ancak tamamen yeniden kullanılabilir, bu nedenle fırlatma maliyeti öncekinin yalnızca onda biridir. Hava ve uzay uçakları savaşta daha çok yönlüdür. Kalkış ve iniş sırasında hava, coğrafya ve diğer faktörlerden daha az etkilenirler.Uzayda yolculuk yapabilirler ve kendilerini keşif uçağı, avcı uçağı, bombardıman uçağı ve diğer avcı uçağı türleri olarak gizleyebilirler. nın-nin.
Teknoloji ağacını aydınlatmak neden zordur?
Havacılık ve uzay uçağının birçok avantajı olmasına rağmen, şimdiye kadar sadece tasarım ve test aşamasında var ve dünyada pratik bir havacılık uçağı yok. Medyada ilgi odağı olan "X-37B" bile gerçek bir uzay uçağı değil, kesinlikle minyatür bir uzay mekiğidir.
Amerikan "X-37B" yörünge test aracı (fotoğraf kaynağı: www.airspacemag.com)
Bir taşıyıcı roket tarafından fırlatılan "X-37B" nin temel yapısı ve verileri, kesinlikle bir mini uzay mekiğidir (fotoğraf kaynağı: Sohu.com)
Aslında, son yıllarda insanlık, havacılık ve uzay uçaklarının geliştirilmesi için çok zaman harcadı. Amerika Birleşik Devletleri 1980'lerde "Ulusal Havacılık ve Uzay Uçağı Programı" nı uyguladı. O sırada "X-30" ve diğer test modellerini geliştirmesine rağmen, anahtar motor teknolojisini fethedemedi ve sonunda inmeye isteksizdi. İngiltere, Almanya ve diğer ülkelerin de kendi uzay uçak planları vardı ve daha sonra onlar da çöktü. Uçakların teknoloji ağacını aydınlatmak neden bu kadar zor?
Çeşitli ülkelerdeki havacılık ve uzay uçaklarının kavramsal görüntüleri (Kaynak: Huang Zhicheng'in Sina Blogu)
Birincisi güç olmak üzere uzay uçaklarının karşılaştığı birçok teknik darboğaz var. Bir havacılık uçağı, atmosfer ötesi uçuşa ulaşmak için sıfırdan Mach 25'e (yani ses hızının 25 katı) hızlanmalı ve bu nedenle güçlü bir kalp-bir motora sahip olmalıdır. Bununla birlikte, geleneksel hava soluyan motor yalnızca Mach sayısının 3,5'ten az olması koşuluyla çalışabilir ve Mach sayısı 6'yı aştıktan sonra ramjet verimliliği keskin bir şekilde düşecektir. Daha yüksek bir Mach sayısı elde etmek için, yeni motorlar geliştirilmelidir. Çözümlerden biri, süpersonik bir hava akışında yanabilen ve geleneksel ramjetlerden daha yüksek yanma verimliliği ve itme gücüne sahip olan süpersonik yanmalı ramjet kullanmaktır. Bununla birlikte, Amerikalı bilim adamları bunu onlarca yıldır incelediler ve Mach sayısı 10'dan büyük olduğunda hava akışının temel fiziksel sürecini hala çözemiyorlar. Ek olarak, havacılık uçağı hava soluyan motorlar, ramjetler ve roket motorları kullandığından, bunların nasıl birleştirileceği de çok zor bir teknik problemdir.
İngiliz "Sky Tower" uçağının kullandığı motor (fotoğraf kaynağı: spacenews.com)
Aerodinamik tasarım açısından, uzay uçakları da büyük zorluklarla karşı karşıyadır. Genelde gördüğümüz uçaklar genellikle motorlarını kanatların altına sarkıtıyor, ancak yüksek hızlı uçuşa uyum sağlamak için sürtünmeyi azaltmak için, havacılık uçaklarının son derece aerodinamik bir şekle sahip olması gerekiyor, bu nedenle motorun gövde ile birleştirilmesi gerekiyor. Birleşmeden sonraki en büyük sorunlardan biri, düşük hızlı uçuş sırasında yeterli itme sağlamak ve yüksek hızlı uçuş sırasında yakıt tüketimini azaltmak için motorun girişinin ve nozülünün uçuş hızı ile değişebileceğinin nasıl sağlanacağıdır. Ancak, tasarlayabilseniz bile, yine de büyük bir sorunla karşı karşıya kalırsınız: deneysel olarak doğrulamak zordur. Rüzgar tüneli deneyi, aerodinamik tasarımı doğrulamanın önemli bir yoludur Maalesef, insanların şu anda Mach 25'i kapsayan bir rüzgar tüneli inşa etme yeteneği yok.
Yukarıda belirtilen iki noktaya ek olarak, havacılık ve uzay uçakları tarafından çözülmesi gereken hala birçok kilit sorun bulunmaktadır. Örneğin, havacılık uçağı atmosfere her giriş çıkışında şiddetli bir şekilde atmosfere sürtünecek ve burnun sıcaklığı 2700 as kadar yüksek olacaktır.Uzay mekiğinde kullanılan ısıya dayanıklı malzemeler bile bu işkenceye uzun süre dayanamaz. Havacılık ve uzay uçakları, kalkış ve iniş sırasında çok sayıda karmaşık yüke maruz kalacaktır ve stabilite ve kontrol sorunları oldukça karmaşıktır ve çözülmesi son derece zordur. İnsanlık için, uzay uçaklarının geliştirilmesine giden yol hala çok uzun.
Referanslar:
Fu Yifei. Çin'in yeniden kullanılabilir uzay aracının 2020'de ilk kez uçması bekleniyor. Science and Technology Daily, 2017-10-31 (03).
Yilin Hava ve gökyüzü uçakları uzun Havacılık bilgisi, 1995 (10): 14-16.
Liu Jiaxian, Li Xiaomin, Guo Guiping. Havacılık Teknolojisine Giriş. Pekin: Beihang University Press, 2014.
Augenstein B W, Harris E D. Ulusal Havacılık ve Uzay Uçağı (NASP): Takip Aracı için Geliştirme Sorunları Bir Proje Hava Kuvvetleri Raporu R-3878/1-AF, 1993.
Bu makale orijinal Tadpole Stave'dir ve telif hakkı Tadpole Stave'ye aittir.Herhangi bir medya, web sitesi veya kişi izinsiz olarak yeniden basamaz, aksi takdirde ilgili yasal yükümlülükler yerine getirilecektir. Yeniden yazdırmak için lütfen yasal izin almak üzere adresini ziyaret edin.
