Raketit: paluulento
Kiertoradan kantoraketin ensimmäisen vaiheen hylkääminen kymmenen minuutin lennon jälkeen oli 1900-luvun insinööritieteen kallein kompromissi. Nykyilmailu määrittelee rakettivaiheet uudelleenkäytettäviksi ilmailuvälineiksi, jotka altistuvat äärimmäiselle aerodynaamiselle rasitukselle ja tarkoille laskeutumisalgoritmeille.
Teknikot tarkastavat palotilan jäähdytyskanavia. Kuva havainnollistaa todellisia metallurgisia tarkastusvaiheita, joita tarvitaan testipenkkisyklien välillä.
Palautumisen aerodynaaminen mekaniikka
Tyhjän ensimmäisen vaiheen palauttaminen hypersonisista erotusnopeuksista (tyypillisesti Mach 6–Mach 9) edellyttää dynaamisen paineen ($q$) jatkuvaa hallintaa. Erotushetkellä tyhjä vaihe säilyttää vain 4–7 % lähtömassastaan, joten siitä tulee kevyt, hauras sylinteri, joka on täynnä matalapaineista jäännöskaasua.
Tämän ilma-aluksen vakauttamiseksi, kun se syöksyy pyrstö edellä ylempään stratosfääriin, insinöörit luottavat neljään titaanisesta tai hitsatusta teräksestä valmistettuun ruudukkoeviin. Toisin kuin tavanomaiset ohjausläpät, ruudukkoevät toimivat tehokkaasti sekä ylisonisella että subsonisella nopeusalueella ja tarjoavat kierto-, nousu- ja kääntöohjausvoiman ilman sakkausta voimakkaan virtauksen irtoamisen aikana.
Polttoainevalinnat monilentoisissa kantoraketeissa
| Polttoainejärjestelmä | Tiheys ja säiliön massa | Nokeentumis- ja koksautumisprofiili | Vaikutus kääntöaikaan |
|---|---|---|---|
| RP-1 / nestemäinen happi | Suuri tiheys; kompaktit alumiini-litium-säiliöt | Kohtalaisesta suureen nokeen; vaatii turbiinien pesun | Todistetut 15–25 päivän kunnostusjaksot |
| Nestemäinen metaani (CH4) / LOX | Kohtalainen tiheys; suuremmat eristetyt ruostumattomasta teräksestä valmistetut säiliöt | Käytännössä ei nokea; puhdas palamissykli | Mahdollistaa nopean monilentokäytön ilman pesua |
| Nestemäinen vety (LH2) / LOX | Erittäin pieni tiheys; massiiviset tyhjiöeristetyt säiliöt | Ei nokea; puhdas vesihöyrypäästö | Suuri kryogeeninen haihtuminen; epäkäytännöllinen nopeaan maakäännökseen |
Laskujaloista mekaanisiin kiinniottotorneihin
Laskujalat lisäävät loismassaa. Jokainen hiilikuitutukiin, käyttöön otettaviin hydraulisiin vaimentimiin ja aerodynaamisiin suojuksiin varattu kilogramma on kilogramma, joka viedään suoraan kiertoradan hyötykuormakapasiteetista. Kiinniottotornien kehittäminen – valtavat robottisyöttipuikkomaiset varret, jotka on integroitu laukaisualustoihin – siirtää hidastuslaitteiston ajoneuvosta maainfrastruktuuriin.
Tässä arkkitehtuurissa laskeutuva ajoneuvo säätää kardaaniin kiinnitettyjä keskimoottoreitaan hidastaakseen pystysuuntaisen nopeuden nollaan täsmälleen kiinniottoskiskojen välissä. Etuosan ruudukkoevien alle asennetut kiinniottotapit absorboivat jäljelle jäävän liike-energian. Jos toiminta onnistuu luotettavasti, laskujalkahuolto poistuu ja nosturi voi siirtää ajoneuvon heti laukaisualustalle polttoaineen lataamista varten.
Osoitetut virstanpylväät vs. insinööriteoreettiset oletukset
Osoitettu: moottorin uudelleensytytys merenpinnan tasolla Machin 2 nopeudessa
Nestepolttoaineisten moottoreiden uudelleensytytys ylisonisen ilmavirran keskellä laskeutumispolton aikana on tehty sadoilla kiertorataoperaatioilla lähes virheettömällä toistettavuudella.
Osoitettu: ylemmän ilmakehän aerodynaaminen hidastaminen
Titaanisista ritilärengasevistä koostuvilla ohjainsiivillä ohjataan ilman moottoria laskeutuvia ensimmäisen vaiheen raketteja äänivallin läpi aivan droonilaivan koordinaattikohteen metrien tarkkuudella.
Todistamaton: 100 % nopea ylemmän vaiheen uudelleenkäytettävyys
Kiertoradan toisten vaiheiden palauttaminen planeettojenvälisten kiertorataan tulon nopeuksilla ilman rakenteellisten lämpösuojalaattojen heikkenemistä on yhä todistamatta laajassa mittakaavassa.