Πύραυλοι: Η πτήση επιστροφής
Η απόρριψη ενός τροχιακού ενισχυτή μετά από δέκα λεπτά πτήσης ήταν ο πιο δαπανηρός συμβιβασμός της μηχανικής του εικοστού αιώνα. Η σύγχρονη αεροδιαστημική ορίζει εκ νέου τα στάδια των πυραύλων ως επαναχρησιμοποιούμενα αεροπορικά μέσα, υποκείμενα σε ακραία αεροδυναμική καταπόνηση και αλγόριθμους ακριβούς καθόδου.
Τεχνικοί επιθεωρούν τους αγωγούς ψύξης του θαλάμου καύσης. Η φωτογραφία απεικονίζει πραγματικά βήματα μεταλλουργικού ελέγχου που απαιτούνται μεταξύ των κύκλων στον σταθμό δοκιμών.
Η αεροδυναμική μηχανική της ανάκτησης
Η επιστροφή ενός άδειου ενισχυτή από υπερηχητικές ταχύτητες αποχωρισμού (συνήθως Mach 6 έως Mach 9) απαιτεί συνεχή διαχείριση της δυναμικής πίεσης ($q$). Κατά τον αποχωρισμό του σταδίου, ο άδειος ενισχυτής διατηρεί μόνο το 4% έως 7% της μάζας απογείωσης, μετατρεπόμενος σε έναν ελαφρύ, εύθραυστο κύλινδρο γεμάτο αέριο υπολειμματικής χαμηλής πίεσης.
Για να σταθεροποιηθεί αυτή η κατασκευή καθώς πέφτει με την ουρά προς τα εμπρός μέσα από την ανώτερη στρατόσφαιρα, οι μηχανικοί βασίζονται σε τέσσερα πτερύγια πλέγματος από τιτάνιο ή συγκολλημένο χάλυβα. Σε αντίθεση με τα συμβατικά πτερύγια ελέγχου, τα πτερύγια πλέγματος λειτουργούν αποτελεσματικά τόσο σε υπερηχητικά όσο και σε υποηχητικά καθεστώτα ταχύτητας, παρέχοντας έλεγχο κύλισης, πρόνευσης και εκτροπής χωρίς να χάνουν την αεροδυναμική άνωση υπό βίαιο αποκόλληση της ροής.
Συμβιβασμοί προωστικού σε ενισχυτές πολλαπλών πτήσεων
| Σύστημα καυσίμου | Πυκνότητα και μάζα δεξαμενών | Προφίλ αιθάλης και ανθράκωσης | Επίπτωση στον χρόνο ετοιμασίας |
|---|---|---|---|
| RP-1 / Υγρό οξυγόνο | Υψηλή πυκνότητα· συμπαγείς δεξαμενές αλουμινίου-λιθίου | Μέτρια έως υψηλή αιθάλη· απαιτεί πλύση στροβίλων | Αποδεδειγμένοι κύκλοι ανακαίνισης 15-25 ημερών |
| Υγρό μεθάνιο (CH4) / LOX | Μέτρια πυκνότητα· μεγαλύτερες μονωμένες δεξαμενές από ανοξείδωτο χάλυβα | Σχεδόν μηδενική αιθάλη· καθαρός κύκλος καύσης | Επιτρέπει ταχεία επαναχρησιμοποίηση πολλαπλών πτήσεων χωρίς πλύση |
| Υγρό υδρογόνο (LH2) / LOX | Εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα· τεράστιες δεξαμενές με μόνωση κενού | Μηδενική αιθάλη· καθαρά υδάτινα καυσαέρια | Υψηλή κρυογενική εξάτμιση· ανέφικτο για γρήγορη επίγεια αναστροφή |
Από τα πόδια προσγείωσης στις μηχανικές σύλληψεις με πύργο
Τα πόδια προσγείωσης προσθέτουν παρασιτική μάζα. Κάθε κιλό που διατίθεται για ανθρακονήματα, αναδιπλούμενους υδραυλικούς αποσβεστήρες και αεροδυναμικά καλύμματα είναι ένα κιλό που αφαιρείται απευθείας από τη χωρητικότητα φορτίου προς την τροχιά. Η ανάπτυξη των πύργων σύλληψης (τεράστιοι ρομποτικοί βραχίονες τύπου «ξυλάκια», ενσωματωμένοι στις βάσεις εκτόξευσης) μεταφέρει τον εξοπλισμό επιβράδυνσης από το όχημα στην επίγεια υποδομή.
Σύμφωνα με αυτή την αρχιτεκτονική, το κατερχόμενο όχημα ρυθμίζει τους κεντρικούς κινητήρες με καρντάνι ώστε να επιβραδύνει ακριβώς στο μηδέν της κατακόρυφης ταχύτητας ανάμεσα στις ράγες σύλληψης. Οι ακίδες σύλληψης που είναι τοποθετημένες κάτω από τα εμπρός πτερύγια πλέγματος απορροφούν την υπολειπόμενη κινητική ενέργεια. Αν εκτελεστεί αξιόπιστα, εξαλείφει τη συντήρηση των ποδιών προσγείωσης και επιτρέπει άμεση μεταφορά με γερανό στη βάση εκτόξευσης για φόρτωση προωστικού.
Αποδεδειγμένα ορόσημα έναντι μηχανικών υποθέσεων
Αποδεδειγμένο: Επανάφλεξη κινητήρα σε επίπεδο θάλασσας στο Mach 2
Η επανάφλεξη κινητήρων με υγρά καύσιμα εν μέσω υπερηχητικής ροής αέρα κατά τις καύσεις εισόδου έχει πραγματοποιηθεί σε εκατοντάδες τροχιακές αποστολές με σχεδόν αψεγάδιαστη επαναληψιμότητα.
Αποδεδειγμένο: Αεροδυναμική επιβράδυνση στην ανώτερη ατμόσφαιρα
Χρήση πτερυγίων πλέγματος από τιτάνιο για την καθοδήγηση μη τροφοδοτούμενων πυραύλων ενίσχυσης μέσω του φράγματος του ήχου, ώστε να προσγειώνονται σε απόσταση μερικών μέτρων από τις συντεταγμένες-στόχους του drone ship.
Μη αποδεδειγμένο: 100% ταχεία επαναχρησιμοποίηση ανώτερου σταδίου
Η επιστροφή των δεύτερων σταδίων σε τροχιά μέσω των ταχυτήτων εισόδου από διαπλανητική τροχιά, χωρίς υποβάθμιση των θερμοπροστατευτικών πλακιδίων της δομής, παραμένει μη αποδεδειγμένη σε μεγάλη κλίμακα.