Аэрозахват - бесплатный трюк в освоении космоса
Когда космические корабли вернутся на Землю, им не нужно будет терять всю свою скорость, запуская ретро-ракеты. Вместо этого они используют атмосферу как тормоз, чтобы замедлиться и совершить мягкую посадку. Каждая планета Солнечной системы, за исключением Меркурия, имеет достаточно атмосферы, чтобы обеспечить аэродинамическое торможение и проведение высокоскоростных исследовательских миссий. В новой статье рассматриваются различные миры и то, как должен летать космический корабль, чтобы воспользоваться этим «бесплатным обедом» и замедлиться в пункте назначения. Аэрозахват — это маневр перемещения по орбите, при котором космический корабль совершает один проход через атмосферу планеты, чтобы замедлиться и выйти на орбиту. С другой стороны, аэродинамическое торможение использует реактивное горение плюс повторяющиеся погружения в атмосферу — то есть атмосферное сопротивление — для постепенного замедления космического корабля и уменьшения размера орбиты для достижения выхода на орбиту.
В новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv Атулом Прадипкумаром Гириджей из Школы аэронавтики и астронавтики Университета Пердью, отмечается, что одним из значительных рисков, связанных с аэрозахватом, является неопределенность плотности атмосферы. В то время как торможение в воздухе происходит в разреженной верхней атмосфере планетарного тела, где неопределенности плотности намного больше, аэрозахват происходит в более глубоких слоях атмосферы, где неопределенности плотности меньше. Например, плотность атмосферы, которую фактически испытал Mars Reconnaissance Orbiter MRO при аэродинамическом торможении перед выводом на орбиту в 2006 году, сильно отличалась от той, которая была предсказана моделью НАСА под названием GRAM (Глобальная эталонная модель атмосферы) для Марса. «В некоторых точках атмосферы мы видели разницу в плотности атмосферы в 1,3 раза, что означает, что она была на 30% выше, чем модель», — сказал Хан Ю, руководитель навигационной группы MRO, в статье на Universe Today. в 2006 году. «Это совсем немного, но вокруг южного полюса мы видели еще больший масштабный коэффициент — до 4,5, а это значит, что он на 350% ниже, чем у модели Mars GRAM».
Как при аэроторможении, так и при аэрозахвате плотность атмосферы на Марсе и других планетах может сильно меняться изо дня в день и даже от орбиты к орбите. «Если аппарат входит слишком мелко или сталкивается с атмосферой, которая менее плотна, чем ожидаемый минимум, космический корабль может выйти из атмосферы, не будучи захваченным», — написал Гириджа в своей новой статье. «Если транспортное средство въезжает слишком круто или плотность намного выше ожидаемой, транспортное средство может потерять слишком большую скорость и не сможет выйти из атмосферы». Оба сценария приведут к полной потере миссии. Поэтому для системы наведения необходимо предусмотреть адекватные запасы защиты от этих атмосферных неопределенностей, а также ошибок доставки и аэродинамических неопределенностей. Для выполнения аэрозахвата существует два типа методов аэродинамического управления, позволяющих контролировать скорость истощения энергии при полете транспортного средства через атмосферу: модуляция подъемной силы и модуляция сопротивления.
«Модуляция подъемной силы включает в себя «подъемную» аэрооболочку, такую как аэрооболочка Аполлона или Марсианской научной лаборатории, которая имеет отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению (L/D) в диапазоне 0,24–0,36», — объяснил Гириджа в электронном письме Universe Today. «Управление достигается за счет «крена» корабля, чтобы он мог лететь глубже в более плотную атмосферу или выше в более разреженную атмосферу. Этот метод управления требует использования высокоскоростных двигателей управления реакцией и обычно используется на Земле и Марсе и имеет обширную базу данных. наследие миссий Аполлона и MSL (Марсианская научная лаборатория)». Модуляция подъемной силы обеспечивает непрерывное управление полетом в атмосфере, в то время как управление реакцией пытается достичь желаемых «условий выхода из состояния». С другой стороны, модуляция сопротивления представляет собой более простой метод управления, в котором управление достигается путем непрерывной или дискретной (периодической) модуляции области сопротивления с использованием развертываемого устройства.
«У транспортных средств с модуляцией сопротивления L/D = 0, то есть нет грузоподъемности», — сказал Гириджа. «Наиболее распространенным вариантом является «дискретная модуляция событий», при которой развернутая тормозная юбка сбрасывается во время полета, при этом время сбрасывания является единственной управляющей переменной». Гириджа объяснил, что, отбросив тормозную юбку в нужное время, можно достичь состояния выхода, достаточно близкого к идеальному. «Модуляция сопротивления была предложена как «более дешевая» альтернатива модуляции подъемной силы, — сказал Гирия, — поскольку она позволяет избежать использования двигателей RCS и особенно привлекательна для небольших миссий. Модуляция сопротивления не имеет летного наследия, хотя некоторые из базовых технологий уже используются. был продемонстрирован в летных экспериментах, таких как технология адаптивного развертывания входа и размещения (ADEPT)», которая прошла успешные испытательные полеты в сентябре 2018 года.
Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это входной коридор, который представляет собой область атмосферы, в которую входит космический корабль, чтобы достичь желаемого пункта назначения. Теоретическая ширина коридора (TCW) количественно определяет ширину коридора и должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить безопасную посадку с учетом атмосферных неопределенностей, а также обеспечивать достаточный запас безопасности для успеха миссии даже в ограничивающих сценариях, таких как комбинация неглубокого входа. и тонкая атмосфера. Как правило, сказал Гириджа, модуляция подъемной силы обеспечивает почти вдвое большую доступную ширину входного коридора, чем модуляция сопротивления, и, таким образом, может компенсировать большую атмосферную неопределенность. Основное отличие состоит в том, что, хотя модуляция сопротивления обеспечивает несколько меньший контроль, она более доступна для небольших миссий (менее 50 миллионов долларов), в то время как подъем аэроснарядов обычно обходится в несколько сотен миллионов долларов.
Гириджа говорит, что, хотя атмосферы Венеры, Марса и Титана хорошо изучены для инженерных целей, стандартные вариации плотности могут достигать 50% плюс-минус. Из-за отсутствия данных на месте атмосферы Урана и Нептуна не так хорошо охарактеризованы, но модель GRAM для них обеспечивает стандартное отклонение плюс-минус 30%. Понимание ожидаемых неопределенностей профиля плотности имеет большое значение для оценки риска, который он представляет для будущей миссии. Модель GRAM использует доступные измерения на месте и дистанционного зондирования и представляет собой «инженерную модель планетарных атмосфер», сказал Гириджа. «Для таких планет, как Марс и Венера, имеется много данных (как натурных, так и дистанционного зондирования), и модели считаются достаточно надежными для предварительного инженерного проектирования. Для Урана и Нептуна нет доступных данных на месте, и модели основаны исключительно на наблюдениях дистанционного зондирования во время пролета «Вояджера».
Но существует большое разнообразие в физической структуре и химическом составе атмосферных слоев планет нашей Солнечной системы: от «горячей плотной венерианской атмосферы CO2 до холодных ледяных H2-He-атмосфер Урана и Нептуна», пишет Гириджа, добавляя. что такие измерения, как содержание благородных газов и соотношение изотопов в этих атмосферах, имеют решающее значение не только для любых операций по торможению в воздухе, но и для нашего понимания происхождения, формирования и эволюции Солнечной системы. Было показано, что для плотной атмосферы Венеры аэрозахват с использованием ее атмосферы возможен с использованием модуляции как подъемной силы, так и сопротивления. Однако большие скорости нагрева на Венере делают модуляцию подъемной силы не столь желательной. Гирия говорит, что модуляция сопротивления с более низкой скоростью нагрева особенно делает его привлекательным для вывода на орбиту небольших спутников.
Марс имеет относительно тонкую атмосферу по сравнению с Землей, но несколько миссий успешно использовали аэрозахват как для вывода на орбиту, так и для посадки. Из-за многочисленных миссий на Марс марсианская атмосфера хорошо изучена, но она также имеет относительно большие сезонные колебания по сравнению с атмосферой Венеры и связанные с этим неопределенности, особенно в более тонких верхних слоях атмосферы. Однако по сравнению с Венерой низкая гравитация и расширенная атмосфера обеспечивают больший TCW на Марсе (в 2 раза), и Гириджа говорит, что с большими атмосферными неопределенностями можно легко справиться. «Лучшая точка» замедления на Марсе — это полоса атмосферы на высоте 50–80 км, где большая часть замедления происходит при аэрозахвате на Марсе. Для любой миссии на Красную планету предложение о входе должно иметь достаточный запас для двух ограничивающих сценариев: неглубокий вход и разреженная атмосфера, а также плотная атмосфера и крутой вход.
Самый большой спутник Сатурна Титан — единственный спутник в нашей Солнечной системе, имеющий атмосферу. Титан с поверхностными жидкостями и рельефом, напоминающим Землю, представляет собой заманчивый мир для изучения в рамках будущей миссии. Гириджа говорит, что низкая гравитация Титана и протяженная плотная атмосфера делают его идеальным местом для захвата с воздуха, и эти условия обеспечивают самую большую ширину коридора среди всех пунктов назначения в нашей Солнечной системе. Поскольку его небольшой размер особенно затрудняет вывод орбитальных аппаратов с использованием обычных двигательных установок, аэрозахват является многообещающей альтернативой для будущих миссий, которые могут выполнить глобальное картографирование поверхности Титана, его озер и морей. У нас есть данные с посадочного модуля «Гюйгенс», поэтому Гириджа говорит, что профиль плотности Титана довольно хорошо ограничен, за некоторыми исключениями.
«Неопределенность профиля плотности увеличивается с высотой, достигает максимума около 40% на высоте около 100 км над поверхностью, а затем уменьшается», — пишет Гириджа. «Неясно, является ли это артефактом предположений, использованных в модели, или действительно реальным эффектом». В диапазоне высот 300–450 км происходит большая часть замедления при аэрозахвате на Титане с изменением плотности около 30%, что сопоставимо с Венерой. Гириджа говорит, что, хотя атмосфера Венеры и Титана сильно различается с точки зрения температуры (737К против 94К) и химического состава (CO2 против N2), у них есть несколько физических сходств, например, обе они представляют собой относительно плотные, сверхвращающиеся атмосферы с планетарное тело медленно вращается и вызывает значительное парниковое потепление в нижней тропосфере. Ледяные гиганты Уран и Нептун — последний класс планет, которые еще предстоит исследовать с помощью орбитальных космических кораблей. Несмотря на то, что их расстояние от Земли представляет собой серьезные проблемы при разработке миссии, Десятилетний планетарный научный обзор 2023–2032 годов определил орбитальный аппарат и зонд Урана в качестве главного приоритета для флагманской миссии в следующем десятилетии.
Хотя Уран и Нептун одинаково привлекательны с научной точки зрения, Гириджа говорит, что Уран менее требователен с точки зрения разработки миссии с использованием двигательной установки. «Было доказано, что Aerocapture значительно расширяет возможности технологий для миссий ледяных гигантов», - пишет он. «Благодаря аэрозахвату и Уран, и Нептун будут одинаково доступны. Недавние исследования показали, что аэрозахват позволяет значительно сократить время полета к Урану, чем это возможно при использовании двигательной установки, особенно с новыми высокоэнергетическими ракетами-носителями». Как для Урана, так и для Нептуна пакет GRAM обеспечивает изменение плотности примерно на 30% для «соответствующих диапазонов высот, что считается оптимистической оценкой», пишет Гириджа. «Пока не станут доступными данные от атмосферного зонда, рекомендуется использовать более консервативную глобальную оценку минимума и максимума, чтобы учесть наихудший сценарий».
Диапазон высот 200–400 км — это область, где аэрозахват будет наиболее эффективным, и Гириджа говорит, что ожидаемое изменение плотности в 30% «должно восприниматься как «оптимистичная» оценка, пока не станут доступны данные на месте. Фактическая неопределенность может быть намного выше." Гириджа написал еще одну статью, также размещенную на сервере препринтов arXiv, в которой сравнивается модуляция подъемной силы и сопротивления для миссий ледяных гигантов. В целом, по словам Гириджи, проект миссии аэрозахвата «должен учитывать ожидаемые атмосферные неопределенности, чтобы гарантировать, что схема наведения сможет успешно направить аппарат в желаемое» место в атмосфере или приземлиться. Одной из наиболее важных частей проектирования миссии является выбор угла траектории входа в цель.
Источник
Последние аномальные новости

Безумная история об НЛО из 1960-х годов

В одном округе Нью-Джерси видели гораздо больше НЛО

Встреча с НЛО сбила с толку пассажиров самолета

Горячая точка НЛО в Нью-Джерси

Для чего на самом деле используется Зона 51

ИИ устроит человечеству апокалипсис

Крупный британский аэропорт стал горячей точкой НЛО

На Земле существуют передовые технологии инопланетян

Наблюдения НЛО в штате Теннесси

НЛО имеют нечеловеческое происхождение

Новый прицел позволяет видеть пули в полете

Опасность НЛО - это не то, что вы думаете

Пациент Neuralink способен управлять мышью силой мысли

Пилот увидел огромный НЛО во время полета над Мексикой

Поиски собаки-демона в Манчестере

Самый яркий и быстрорастущий квазар

Солнечная система изобилует межзвездными объектами

Техас занимает четвертое место по количеству НЛО

Треугольный корабль завис над озером в Висконсине

Электромобиль отряхивается от снега, как собака

Франшиза Nadotur - отзывы об открытии туристического агентства по франшизе

Болезнь зомби-оленей может перейти на людей

Внутри самой необычной духовной конвенции

Возможность внеземного присутствия

Где может прятаться Планета Х

Древняя форма жизни, скрытая внутри каждого из нас

Как мог выглядеть серийный убийца Джек-Потрошитель

Квантовые темные состояния дают преимущество

Космический юрист объясняет, как можно захватить Марс

НЛО в Нью-Йорке с 2000 года видели тысячи людей

НЛО вызвал безумие в сети

НЛО над Бостоном увидел пилот во время полета

НЛО над Фениксом. Признания оператора службы 911

НЛО-сферы в Канаде имели голубые ореолы

Один округ Нью-Джерси является горячей точкой НЛО

Певец поделился невероятной историей НЛО

Подледная микробная жизнь на Земле и за ее пределами

Подтверждена подлинность лучших кадров НЛО

Проект по сбору образцов с Марса важен

Розуэлльский инцидент когда-то был символом секретности

Уфологические фестивали в 2024 году

Магазин цифровых товаров. Идеальное решение для начинающих предпринимателей с Rents.ws

Впервые вывели донорскую свинью

Гравитационные волны обеспечили нас элементами жизни

Гриб вырос на живой лягушке

Жизнь на Земле могла зародиться из метеоритов

Жизнь на Марсе процветала вблизи вулканов

Жителей Приморского района Петербурга напугал НЛО

Загадка гигантских шимпанзе из Конго

Какой ядерный космический проект России напугал США

Микроскоп может разглядеть отдельные нейроны мозга

НЛО заметили в небе над Бердском

Письменность острова Пасхи признана уникальной

Почему стоит верить в существование инопланетян

Призрак с горящими глазами и ведьма с обожженной рукой

Растения с отредактированным геномом - не ГМО

Роботы показали полную автономность в бытовых задачах

Создали 3D-модель фрагментов Челябинского метеорита

Создана ткань для охлаждающей в жару одежды

Таинственные звери Японии

Тайна жуткой смерти продавщицы книг

Чугунная чашка из Оклахомы, возрастом 300 млн лет

Алмазный НЛО был замечен над Аризоной

Аэропорт Станстед назван горячей точкой НЛО

В Аризоне наблюдается больше НЛО, чем в большей части США

В Ираке видели НЛО-медузу

Внутри британской Зоны 51

Вода на поверхности астероидов поможет найти инопланетян

Возможно найден самолет Амелии Эрхарт

Гольфстрим может остановиться уже в 2025 году

Инопланетное вторжение началось в Китае

Как скоро люди отправятся на Марс

НЛО замечен над Мехико

Новорожденные газовые планеты могут быть плоскими

Округ Харрис лидирует по числу наблюдений НЛО в Техасе

Принц Филипп был очарован инопланетянами

Совместная лаборатория людей и пришельцев

Странные огни сняли в небе над Лас-Вегасом

Три НЛО замечены над Южной Флоридой

Флот НЛО замечен над Китаем

Фотография НЛО опубликована правительством США

Что на самом деле произошло в Розуэлле

Влияние первых звезд на первые галактики

Врачи на Земле впервые управляют роботом на МКС

Два металлических шара в небе над Блэкпулом

Еще один ключ к разгадке природы быстрых радиовсплесков

Зонд вернул вдвое больше обломков астероида Бенну

ИИ-вычисления скоро достигнут скорости света

Инопланетянам придется преодолеть два препятствия

Можем ли мы обнаружить астероид-убийцу

Наземные лазеры могут ускорить звездолеты

НАСА объявила массу образцов доставленных с астероида Бенну

НАСА проливает свет на сильно заряженную лунную пыль

НЛО видели в небе над шотландской деревней

Охота за жизнью на Марсе выходит на новый уровень

Парадоксальные мысли о феномене НЛО

Первые интуитивные машины полетят на Луну

Романтические отношения с инопланетными существами

Солдат находясь при смерти встретил Мрачного Жнеца

Сотни наблюдений возле загадочной авиабазы

Фото НЛО найдены в коллекции Национального архива

Я видел НЛО в два раза больше города

Активный вулканизм и движение коры Марса

В небе над Пермью заметили нечто

Вы видели НЛО в Айдахо

Геотермальная активность на ледяных карликовых планетах

Горячие точки сообщений о НЛО в США

Жизнь как планетарный регулятор

Загадочные сигналы из глубокого космоса

Звезда, похожая на матрешку, новая теория гравастаров

ИИ предсказывает функции неизвестных белков

Метаматериал делает возможным одностороннее стекло

Нечто с острова Уайт

НЛО используют лазерное оружие

Новый дизайн квантовых компьютеров

Понимание фундаментальной науки на Земле и в космосе

Пролетающие мимо звезды изменили эволюцию Земли

Собираемся ли мы узнать происхождение Луны

Странное поведение золота, возбужденного лазером

Уфологическое мероприятие OLM-2024

Уфологическое мероприятие в Апач-Джанкшен

Что выявило расследование Пентагона

Где используются фирменные дипломы, кто их использует

Аномальное явление в Курмайоре

В штате Вашингтон есть горячая точка НЛО

В штате Колорадо все чаще наблюдают НЛО

В этих штатах США больше всего наблюдений НЛО

Двойные экзопланеты в бездонной пустоте

Измерение расстояний с помощью быстрых радиовсплесков

Массивный протокластер вокруг квазара

Нанесены на карту горячие точки НЛО в Огайо

Не приезжайте в Хьюстон, чтобы увидеть НЛО

НЛО стреляет лазером по ядерной боеголовке

Округ Линкольн является излюбленным местом инопланетян

Открыли загадочную древнюю галактику

Прибор для раскрытия внутренней структуры атомных ядер

Секретный космосамолет X-37B заметили на орбите

Солнечное затмение на Марсе

Стартап хочет добывать полезные ископаемые на Луне

США делает большую ставку на частный космос

Титан, скорее всего, непригоден для жизни

Хак, заставляющий автомобильный радар галлюцинировать

Хаотические результаты в системах трех тел

В штате Колорадо все чаще наблюдают НЛО

Города с наибольшим количеством наблюдений НЛО

Документальный фильм о культе НЛО

Инопланетяне игнорируют Пенсильванию

Инопланетяне уничтожают ядерное оружие

Карта любимых мест инопланетян в США

Лучшие штаты для любителей НЛО

Неожиданно массивные галактики перепишут космологию

НЛО заметили в небе над Кентукки

НЛО перехватил и обезвредил ядерную ракету

НЛО перехватывают ракеты землян

НЛО сбил ядерную ракету лазером

НЛО сигарообразной формы над округом Салливан

Поиски пропавших молодых звезд

Потрясающий вид спиральной галактики NGC 4254

При отсутствии обоснованного сомнения

Простая технология для отслеживания лунных миссий

Сиэтл - горячая точка НЛО

Технология солнечных парусов прошла решающее испытание

Фонд Сол опубликовал видео с конференции по НЛО

Ажиотаж вокруг мозгового импланта Neuralink

Аэротакси очень скоро поступят в продажу

Выявили два типа выдающихся людей

Город пришельцев и пирамида на Меркурии

Идентифицировали молекулы воды на астероидах

Карта горячих точек НЛО по всей территории США

Крупный аэропорт назван горячей точкой НЛО

Люди с реальными суперспособностями

Метод эллипсоида SETI при поиске инопланетян

НЛО перехватил ядерную ракету над Калифорнией

НЛО попал на видео отдыхающих друзей

Обнаружен новый протопланетный диск

Описали астероиды из темной материи

Поиск новых частиц на БАК расширяют

Призрак разозлился и выжил фермера из дома

Сотни встреч с инопланетянами не могут быть объяснены

Третью экзопланету отыскали у звезды Тигардена

Уфолог призывает президента Доминиканы признать НЛО

Уфолог снял похищение инопланетянами

Франция раскрывает архив Секретных материалов

Возможность зарождения жизни на безводных планетах

Два майора рассекретили НЛО

Жизнь на Земле могла зародиться в щелочных озерах

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика