日曜日, 5月 9, 2021
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SpaceXスターシップのプロトタイプは爆発しましたが、それでも火星への大きな飛躍です


民間企業SpaceXは、そのプロトタイプであるSN8を発売しました スターシップ宇宙船、12月10日に月と火星に行くように設計されています。その短い飛行は大きな注目を集めました。 着陸前の最後の数秒だから –爆発したとき。

しかし、その6分半の飛行のほぼ完全な全体を考慮してください。 画期的なテクノロジーと関連する操作を見てください。 これを非常に成功したテストと見なすのは合理的です。

通常の宇宙船は、 「空力抵抗」 彼らの再突入を遅らせるために大気中で。 20,000 mphから減速すると、多くの熱が放散されるため、熱シールドが搭載され、最終的なタッチタウンはパラシュートによって制御されます。 実際のロケットエンジンは安全に着陸することはできません。燃え尽きて海に衝突します。

これは本当にリソースの浪費です。 SpaceXの創設者兼CEOであるElonMuskは、代わりに可能な限り多くの宇宙船を再利用しようとしています。 あなたの最終目的地が月と火星以降である場合、新しいロケットを作るよりも途中の賢明な場所ではるかに簡単に燃料を補給できるので、これは非常に理にかなっています。

スターシップは完全に再利用可能なロケットシステムで、100トンの貨物を地球軌道以降に運ぶように設計されています。 それは軌道にそれを推進し、分離する「ブースター」の最初の段階を持っています。 ブースターステージは、安全に着陸して再利用できるように設計されています。 SpaceXは、ファルコンロケットでこれを行う方法を考え出しましたが、それはシステムの3分の2にすぎません。 スターシップでは、地球の軌道よりも宇宙船を推進するのに役立つシステムの3番目が排出されることはありません。

初段ブースターの着陸は「簡単」です。これは、打ち上げの2分後に排出され、比較的低い高度から地球に戻るため、超高速に達することはありません。 NASAは、「高い」極超音速を10から25までの「マッハ数」と定義しています。ブースターは約マッハ6にしか達しません。

スターシップ自体が軌道から戻り、マッハ25に到達します。この速度では、再突入の熱によってエンジンが溶けてしまいます。 したがって、エネルギーの99%を放散する実質的な熱シールドが必要です。これにより、貨物と着陸に必要なすべての重要なロケットを保護します。 NASAの部分的に再利用可能 スペースシャトル 車両を滑走路に滑らせるために使用される巨大な翼がありました。 しかし、翼は重く、潜在的なペイロード容量を減らします。 また、大気や滑走路が不足しているため、火星や月では機能しません。

ベリーフロップダイナミクス

スターシップの創意工夫は、それが完全に「ベリーフロップ」することです。これは、大気が徐々に速度を落とすタイプの自由落下です。 それが地面に近づくにつれて、それは短いフリップアンドランディングの火傷がパッドにそっと着地するのに十分遅いはずです。

エンジニアリングのインスピレーション:壮大なベリーフロップ。
Stacey Lynn Payne / Shuttestock

他の車両は意図的にこのように飛ぶことはありません。 飛行機は、揚力を提供するために翼に取り付けられた空気の流れを維持するように設計されています。 その空気の流れを失うと、空から落ちます–ストールと呼ばれる状態です。 スターシップは90度の角度で大気圏に入ります。 それはそれが完全に失速していることを意味します。 葉が地面に羽ばたくように、これは本質的に不安定な構成であり、空気力学を予測することは不可能です。

ここでアクティブコントロールが役立ちます。スターシップには4つのフラップがあり、スカイダイバーが4本の腕を使用して自由落下を制御するのと同じように使用されます。 SN8テスト飛行で、スペースXはベリーフロップを制御することが可能であることを示しました。 12.5kmからの降下は、スペースXに軌道からの復帰の後半の条件を与えました。

SpaceXは、ベリーフロップの空気力学がどのように機能するかを知ることを可能にする飛行データを収集します。 特に、フラップがどれだけうまく機能し、航空機を安定させて目標に着陸させるかを正確に知ることができます。 SpaceXがリリースしたビデオで、フラップが適切に制御されていることがわかります。 これはSpaceXにとって素晴らしいニュースのようです。

ロケット方程式

完全に再利用可能であるため、スターシップは従来のシングルユースクラフトよりもはるかに安価に動作するはずです。 しかし、運ぶ必要のある燃料の量を正確に計算するのは難しいビジネスです。 従来の航空機は常に少しの燃料で離陸しますが、計算を間違えるといつでも緊急着陸することができます。

ロケットは、着陸に十分な量があることを確認するために、膨大な量の燃料で発射する必要があります。 それは、14日間のキャンプ旅行に行き、最後の日のために13日間水を運ぶのに費やすようなものです。 SN8のタンクは、着陸した時点でほぼ完全に空であった可能性があります。

必要な燃料の量は、「ロケット方程式」。 これは、毎秒12,000メートルの速度で100トンのペイロードを月に発射する場合、驚異的な2,000トンの燃料が必要であることを示しています。

燃料の種類に関しては、灯油と水素(アポロ11号で使用されている)が今でも最も人気のあるロケット燃料であるのは興味深いことです。 物理学と化学の法則は50年間あまり変わっていません。 しかし、スターシップは実際に燃料としてのメタンの使用を開拓しています。 扱いが難しいにもかかわらず、それはもう少し推力を与えます。 そしておそらくもっと重要なのは 火星にはたくさんのメタンがあります、これは明らかにSpaceXの究極の目的地です。

では、なぜSN8がクラッシュしたのでしょうか。 着陸直前に緑色の点滅がビデオで見られます。 エンジンは銅でできており、特徴的な緑色の炎で燃えます。 SpaceXは問題があったと言います 燃圧 ちょうど最後の瞬間、つまりロケットは減速できませんでした。 結果として生じた過剰な酸素は、エンジン自体を燃やし始めました。 最後の数秒間がなかったら、着陸は完璧だったでしょう。 エンジニアは、SN9の問題を修正しようとしています。





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