Rakéták: A visszatérő út
Egy pályára állító osztályú hordozórakéta-fokozat tíz perces repülés utáni eldobása a huszadik századi mérnöki munka legdrágább kompromisszuma volt. A modern űrtechnika a rakétafokozatokat újrafelhasználható repülési eszközökként értelmezi, amelyek extrém aerodinamikai terhelésnek és pontos leszállási algoritmusoknak vannak kitéve.
A technikusok az égőkamra hűtőcsatornáit ellenőrzik. A fotó a tesztállomási ciklusok között szükséges valós fémtani vizsgálati lépéseket mutatja.
A visszanyerés aerodinamikai mechanikája
Egy üres fokozat visszatérítése hiperszonikus leválasztási sebességről (jellemzően Mach 6-tól Mach 9-ig) a dinamikus nyomás ($q$) folyamatos kezelését igényli. A leválasztáskor az üres fokozat a felszállási tömegének csak 4% és 7% közötti részét tartja meg, így könnyű, törékeny hengerré válik, amelyet alacsony nyomású maradékgáz tölt ki.
Ahhoz, hogy ezt a légvázat stabilizálják, miközben farokkal előre zuhan a felső sztratoszférán át, a mérnökök négy titán- vagy hegesztett acél rácsszárnyra támaszkodnak. A hagyományos vezérlőlapokkal ellentétben a rácsszárnyak szuperszonikus és szubszonikus sebességtartományban is hatékonyan működnek, és heves áramlásleválás mellett sem akadnak el, így biztosítják a gördülési, billegési és oldalkormányzási képességet.
Hajtóanyag-kompromisszumok többrepülésű fokozatoknál
| Üzemanyag-rendszer | Sűrűség és tartálytömeg | Korom- és kokszosodási profil | Az újrafelhasználási ciklus hatása |
|---|---|---|---|
| RP-1 / folyékony oxigén | Nagy sűrűség; kompakt alumínium-lítium tartályok | Közepes és magas koromképződés; turbinamosást igényel | Bizonyítottan 15–25 napos felújítási ciklusok |
| Folyékony metán (CH4) / LOX | Közepes sűrűség; nagyobb, szigetelt rozsdamentes acéltartályok | Gyakorlatilag nulla korom; tiszta égési ciklus | Gyors, többrepülésű újrafelhasználást tesz lehetővé mosás nélkül |
| Folyékony hidrogén (LH2) / LOX | Rendkívül kis sűrűség; hatalmas, vákuumszigetelt tartályok | Nulla korom; tiszta vízkipufogó | Magas kriogén forrási veszteség; gyors földi átfutásra alkalmatlan |
A leszállólábaktól a mechanikus toronyfogásig
A leszállólábak parazita tömeget adnak. Minden kilogramm, amelyet szénszálas támaszokra, kihajtható hidraulikus csillapítókra és aerodinamikai burkolatokra fordítanak, közvetlenül a pályára vihető hasznos teher kapacitásából vesz el. A befogótornyok – hatalmas robotos pálcika-karok, amelyek az indítóállványokba vannak építve – fejlesztése a lassító berendezést a járműről a földi infrastruktúrára helyezi át.
Ebben az architektúrában a leszálló jármű gimbálozott középső hajtóműveit fojtja, hogy pontosan a befogósínek között nulla függőleges sebességre lassuljon. Az előre rácsszárnyak alá szerelt befogócsapok elnyelik a fennmaradó mozgási energiát. Ha megbízhatóan végrehajtják, megszűnik a leszállólábak karbantartása, és a jármű azonnal daruval áthelyezhető az indítóállványra hajtóanyag-töltéshez.
Bizonyított mérföldkövek és mérnöki feltevések
Bizonyított: tengerszintű motor újragyújtása Mach 2-nél
Folyékony hajtóanyagú motorok újragyújtását szuperszonikus légáramlásban a visszatérési égetések során már több száz pályaszintű küldetésen végrehajtották, szinte hibátlan megismételhetőséggel.
Bizonyított: felső légköri aerodinamikai lassítás
Titán rácsos kormánylapátok használata, amelyekkel a hajtómű nélküli leváló fokozatok a hangsebességen áthaladva néhány méteren belül a drónhajó koordinátacéljához irányíthatók.
Nem bizonyított: 100%-os gyors felső fokozat-újrafelhasználhatóság
A pályáról visszatérő második fokozatok bolygóközi pályáról érkező visszatérési sebességnél, a szerkezeti hővédő csempék károsodása nélkül, nagy léptékben továbbra sem bizonyított.