Generel

Teknologien bag SpaceXs revolutionære dragerumfartøj


For en måned siden skabte SpaceX overskrifter igen efter at have lanceret deres første genbrugte rumfartøj - Dragon - på en mission om at forsyne ISS for anden gang.

Dragen blev lanceret i en lav-jord-bane ombord SpaceXs Falcon 9-raket den 2. juni. Den fik den 11. succesfulde Commercial Resupply Services-mission (CRS-11) til den internationale rumstation (ISS).

Efter lanceringen landede Falcon 9-raketterne sikkert tilbage på Jorden ved SpaceX's Landing Zone 1 i Cape Canaveral Air Force Station, Florida. Landingen markerer også SpaceXs den femte i træk på land landing, der fremmer en ny æra af genoprettelige køretøjsteknologier.

Rumfartøjet vil hjælpe astronauter med at teste et nyt sæt solpaneler samt undersøge rumets virkninger på hjertet. Efter et par dages rumfart lagde Dragon-kapslen held til ISS. NASA-astronauterne Jack Fischer og Peggy Whitson erobrede kapslen ved hjælp af rumstationens robotarm.

SpaceX's Dragon-fragtskib er ved at blive fanget af Canadarm [Billedkilde: NASA Johnson / Flickr]

Om bord var dragen næsten 6.000 pund af nyttelast. Det inkluderer kritiske forsyninger og materialer, der vil blive brugt til at støtte ISS-besætningen og de snesevis af eksperimenter, de vil udføre.

Dragen er også det første kommercielle rumfartøj, der leverer fragt til rumstationen. Tidligere, i 2014, leverede kapslen næsten to og et halvt ton af forsyninger og videnskabelig nyttelast til ISS.

Nu har rumfartøjet med succes gennemført endnu en leveringsmission.

Dragon vender tilbage til jorden

Tidligere på ugen gjorde SpaceXs Dragon-rumfartøj en sejrende tilbagevenden tilbage til Jorden.

Tidligt mandag morgen løsnede Dragon-kapslen sig fra ISS, inden den begyndte på rejsen hjem. I løbet af flere timer bremsede rumfartøjet sin bane for at begynde sin endelige nedstigning. Når den var tilbage i jordens atmosfære, anvendte kapslen succesfuldt sin faldskærm, inden den styrtede ned i Stillehavet kl. 8:14 EDT.

Men hvis det ikke var for den utrolige teknologi, der beskyttede rumfartøjet, ville det aldrig have foretaget sin anden flyvning til at begynde med.

Beskyttelse af dragen med PICA-X Heat Shield

Dragon's PICA-X varmeskjold beskytter rumfartøjet mod temperaturer, der overstiger 1500 grader Celsius. Det er en særlig variant afFenolimprægneret kulstofablator(PICA) varmeskjold opfundet af NASA.

PICA-varmeskjoldet stammer fra en tidligere NASA-mission i 1990'erne. Forskere ønskede et nyt rumfartøj, der ville undersøge og hente prøver af kommentar til forskning tilbage på Jorden.

Rumfartøjet, der betragtes som Stardust, ville undersøge de relativt uændrede kometer for at fremme vores videnskabelige forståelse af universets tidlige dage.

Stardust ville undersøge kometen Wild 2 og ville vende tilbage efter næsten 6 milliarder kilometer rejse. Skønt NASA havde brug for ny og innovativ teknologi for at bringe Stardust hjem, der kunne modstå genindtræden i atmosfæren med en rekordhastighed.

Modstå genindtræden

Problemet var, at rumfartøjet var at vende tilbage til Jorden med en rekordhastighed. De fleste materialer var uværdige, og dem, der kunne modstå kraften, var simpelthen for tunge.

"Stardust ville vende tilbage til Jorden hurtigere end nogen menneskeskabte genstande før den og kaste sig ned i atmosfæren med hastigheder på 28.600 mph. Varmeskærme, der blev brugt i tidligere NASA-missioner, var simpelthen ikke i stand til at modstå den sprængning af varme, som Stardust ville skabe, når den kom tilbage. kiggede på materialer, som forsvarsministeriet havde udviklet, men mens de var holdbare nok, var de for tunge ”forklarer NASA.

Senere, efter at have undersøgt kombinationer af forbindelser, opdagede Ben Clark fra Martin Marietta (nu Lockheed Martin) fenolimprægneret kulstofblæser (PICA). Materialet er meget lettere og langt bedre end at modstå de ubehagelige temperaturer, der opleves under genindtræden.

"PICA-varmeskjoldet er udviklet ved Ames Research Center i det nordlige Californien og vejer en femtedel så meget som dets konventionelle kolleger og kan modstå temperaturer op til 2800 ° C," forklarer NASA.

Opnå opmærksomhed om SpaceX

Næsten et årti efter udviklingen af ​​PICA begyndte Elon Musks rumfartsselskab SpaceX at dukke op i begyndelsen af ​​2000'erne.

I 2006 udsendte NASA en konkurrence for private virksomheder om at udtænke en rumkapsel, der er i stand til at forsyne ISS. Naturligvis vandt Dragon-designet.

Fængslet af den vellykkede genindtræden af ​​Stardust besluttede SpaceX-ingeniører, at materialet ville være egnet til et eget rumfartøj: dragen.

Nu med NASA på deres side begyndte SpaceX at forme PICA-varmeskjoldet til Dragon-rumfartøjet. Desværre kunne skjoldet ikke fremstilles i et enkelt stykke, der var stort nok til at rumme den meget større Dragon-kapsel. Det var op til de kloge ingeniører hos SpaceX og NASA at komme med en alternativ løsning.

"Stardust's Sample Return Capsule krævede kun et PICA-skjold, der var lidt over 1 meter i diameter. For at beskytte den meget større drage var der brug for en 4 meter version. Med 1 meter skjold arbejdede Rasky og hans team med Fiber Materials Incorporated at fremstille et enkelt stykke PICA, men det ville ikke være muligt med den større Dragon-lastetransportør. For at løse dette problem udtænkte de en effektiv og omkostningseffektiv metode til fremstilling af mindre PICA-fliser, som derefter blev fremstillet til et enkelt varmeskjold , ”siger NASA på et teknologispin-off-papir.

Derfor blev PICA-X født. Nu, med et skjold, der er holdbart for at overleve genindtrædelseskræfterne, var SpaceX tæt på at realisere deres nye mission: genforsyning af ISS.

PICA-X-skjoldet viste sig at være utroligt holdbart og i stand til at beskytte kapslen mod næsten al skade under genindtræden. Som sådan vil SpaceX fortsætte med at genbruge deres rumfartøj i juni 2017.

Selvom PICA-X-skjoldet er et bemærkelsesværdigt stykke teknik, er det ikke det eneste spændende træk ved Dragon-kapslen.

Inde i Dragon Rumfartøj

Dragon-rumfartøjet opretholder den unikke evne til at blive arrangeret i flere konfigurationer afhængigt af den tilsigtede anvendelse. Den kan konverteres til at transportere gods, mennesker eller blive til "DragonLab." Konfigurationerne gør det muligt for fartøjet at blive optimeret til en række scenarier. Skibets dualitet gør det ideelt til mange rumbundne missioner, der forventes at fortsætte ind i fremtiden.

Last

I lastkonfigurationen er rummet inde i kapslen foret med bikini-stativer af carbon-aluminium. Stativene kan rumme mange NASA-fragtposer i standardstørrelse. Det bevarer også evnen til at bære frysere, så fartøjet kan bære temperaturfølsomme materialer inklusive biologiske prøver.

Lastkonfiguration [Billedkilde:SpaceX]

Mandskab

Selvom mennesker endnu ikke har flyvet inde i dragen, er SpaceX i øjeblikket i færd med at planlægge en bemandet mission.

"I henhold til en aftale med NASA foretager SpaceX opgraderinger til Dragon for at give mulighed for besætning med kapacitet," forklarer SpaceX.

Ingeniørerne bag Dragon hævder, at det vil være verdens sikreste og mest pålidelige besætningstransportkøretøj, der nogensinde er konstrueret. Kapslen vil være i stand til at støtte et besætning på syv sammen med livsstøttesystemer, backup manuelle kontrolsystemer og et imponerende power launch escape system.

SpaceX forventer at foretage sin første bemandede mission allerede i 2018.

Dragon kapsel modificeret til et besætning [Billedkilde:SpaceX]

DragonLab

For at fortsætte forfølgelsen af ​​universets svar sikrer SpaceX, at dragen vil være i stand til at understøtte verdens mest avancerede teknologier. DragonLab giver en passende platform til eksperimenter, der skal udføres i et mikrogravitationsmiljø. Uafhængigt af rumstationen vil DragonLab være i stand til at udføre mere risikable eksperimenter uden at gå på kompromis med ISS på flere milliarder dollars.

"DragonLab kan let rumme instrument- og sensortests, eksperimenter med rumfysik og relativitet, strålingseffektforskning og mange andre mikrogravitationstest," siger SpaceX.

DragonLab [Billedkilde:SpaceX]

Inde i den trykte sektion

Dragen er opdelt i tre separate sektioner. Sektionen under tryk, ofte kaldet kapslen, er konstrueret til at transportere mennesker eller gods ud i rummet. Uden for kapslen er foret med Dragon's avancerede PICA-X varmeskærm designet til at beskytte udstyr og besætning mod den intense varme, der opleves under genindtræden.

SpaceX Dragon Capsule [Billedkilde:SpaceX]

Bagagerummet

Rumfartøjets bagagerum forbliver under tryk. Det huser fragt og Dragon's solcellepaneler, der ikke kræves anbragt i et temperatur- og trykstyret miljø. Kapslen forbliver fastgjort til dragen indtil øjeblikke før genindtræden, hvor den er bundet. Sammen med kapslen har Dragon-rumfartøjet et samlet startvolumen på lanceringen25 kubikmeter (næsten 900 kubikfod). På kun en mission kan den bære op til 6.000 kg (13.228 lbs) gods.

Indbyggede eksperimenter

En del af materialet, der flyver inden for Dargons trykområde, inkluderer et eksperiment, der indeholder frugtfluer. Frugtflueres korte levetid forstærket af deres relativt lille størrelse, korte levetid og velkendte genetiske sammensætning gør dem til ideelle kandidater til hjertefunktionsundersøgelser. Forskere vil bruge fluerne til at undersøge virkningerne på hjertet af langvarig eksponering for mikrogravitation.

"Dette eksperiment kunne betydeligt fremme forståelsen af, hvordan rumfart påvirker det kardiovaskulære system og kunne hjælpe med udviklingen af ​​modforanstaltninger for at hjælpe astronauter." Gør krav på Nasa.

Andre teknologier, der er anbragt inde i Dragens område uden tryk, inkluderer en ny type solpanel, kaldet ROSA. Panelerne udfolder sig fra en kompakt, foldet tilstand, så teknologien kan pakkes i et betydeligt mindre område.

"ROSA har potentialet til at erstatte solarrays på fremtidige satellitter, hvilket gør dem mere kompakte og lettere. Satellitradio og tv, vejrudsigter, GPS og andre tjenester, der bruges på Jorden, vil alle drage fordel af solcelleanlæg med høj ydeevne," forklarer NASA deres missionsside.

Fremtidige missioner

I januar 2016 offentliggjorde NASA den officielle meddelelse om, at SpaceX blev valgt til at udføre missioner til ISS ved hjælp af Falcon 9-bæreraketten sammen med Dragon-rumfartøjet. Virksomheden er nu under kontrakt indtil 2024 at udføre op til 20 genforsendelsesmissioner.

Elon Musks rumfartsselskab vil fortsætte med at flyve missioner til ISS i de næste syv år. Virksomheden forestiller sig imidlertid at rejse langt uden for rækkevidde af en jordbane.

SpaceX er i øjeblikket i gang med at designe et bemandet håndværk, der understøtter missioner i det dybe rum. Selvom det stadig er usikkert, hvor de vil gå først, ser SpaceX fast besluttet på at nå Mars.

Skønt rumløbet har pågået i et halvt århundrede, er det kun lige begyndt. Teknologier udvikler sig hurtigt og gør det muligt for mennesker at nå længere ned i dybden af ​​rummet. Det er kun et spørgsmål om tid, før mennesker når Mars og videre.

Kilder: NTRS, SpaceX, NASA

SE OGSÅ: NASA planlægger at afbøje en asteroide ved at kollidere en satellit ind i den

Skrevet af Maverick Baker


Se videoen: Every time Elon Musks SpaceX launched a rocket in 2020 supercut (December 2021).