في ظروف دخول المركبات الفضائية إلى الغلاف الجوي بسرعات تفوق سرعة الصوت ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ، الأمر الذي لا يفرض فقط متطلبات عالية على الأحمال الحرارية على مواد السيارة الهابطة ، ولكنه يؤدي أيضًا إلى تكوين البلازما حول SCA.
يؤدي هذا إلى حجب (أو بالأحرى تشويه) الإشارات اللاسلكية - ونتيجة لذلك يتعذر على المركبة الفضائية الاتصال بمحطاتها الأرضية لعدة دقائق.
إن مهمة ضمان اتصالات راديوية مستقرة مع المركبات الفضائية ملحة للغاية.
لا تقل أهمية المشكلة في الجانب العسكري: قوى الصواريخ الإستراتيجية للصواريخ التي تفوق سرعة الصوت والرؤوس الحربية للقذائف التسيارية ، على سبيل المثال:
3M-22 (Zircon) / في النموذج التجريبي للصور BrahMos-II ، ولكن من غير المرجح أن تبرز 3M-22:
الكائن 4202 (Yu-71):
لا تعمل اتصالات الرادار والراديو من خلال البلازما "هذه": فالقدرة الكلية لفقدان الطاقة الكهرومغناطيسية وإشعاع الضوضاء اللاسلكية تحدد بشكل كامل تقريبًا انخفاض إمكانات الطاقة للقناة الراديوية ككل ، وتزيد بشكل كبير وتحدد فقدان الاتصال اللاسلكي على مسار الهبوط.
تم اكتشاف ظاهرة الانفصال عند مدخل الغلاف الجوي خلال مشروع Mercury ، ثم برامج Gemini و Apollo. يتجلى في ارتفاع منخفض يبلغ حوالي 90 كيلومترًا ويصل إلى علامة 40 كيلومترًا - نتيجة للتسخين السريع لسطح الكبسولة التي تقع في الغلاف الجوي ، تتشكل سحابة بلازما على سطحها ، والتي تعمل كنوع من الشاشة الكهرومغناطيسية.
يسمى التأثير (ليس رسميًا) راديو صمت أثناء إعادة الدخول الناري.
في نهاية فيلم
Apollo 13 ، الذي يقدم مهمة قمرية فاشلة على متنها ثلاثة رواد فضاء ، يواجه المشاهدون توترات مرتبطة بدخول المركبة الفضائية الغلاف الجوي للأرض. في تلك اللحظة ، انقطع الاتصال بالسفينة ، وبدأ مشغلو الرحلات الجوية في هيوستن الأمريكية بالتدخين بعصبية في هذه الثواني الطويلة والمؤلمة بشكل لا نهائي. في هذه اللحظة ، تدخل المركبة الفضائية الغلاف الجوي بسرعة كونية ثانية ، مما يؤدي إلى كونها محاطة بالهواء المتأين الساخن ، ونتيجة لذلك ينقطع الاتصال بالأرض.
لتوضيح الأمر ، سأقدم مقطع فيديو لدخول أجواء SKA Soyuz TMA-13M:
باعتباره المثال الأكثر صلة - فقدان الاتصال والقياس عن بعد أثناء الاختبار يطلق USAF X-51A Scramjet.
تم إجراء عدة محاولات لحل هذه المشكلة:1. النهج السوفياتي (نفذ).
- بواعث الميكروويف ضعيفة التوجيه - هوائيات محمولة في الهواء مع حماية حرارية ساخنة ومواد منصهرة للحماية الحرارية.
- هوائيات على متن الطائرة مع حماية حرارية ، تتميز تصميماتها الأصلية بحساسية منخفضة للشفافية الراديوية لتأثيرات التسخين الأيروديناميكي في درجات الحرارة العالية.
- طرق التبييض الراديوي AO لظروف التسخين الأيروديناميكي ، مع تقليل الخسائر في AO المسخن.
- استخدام هوائيات "طويلة" مقاومة للحرارة مأخوذة من غشاء البلازما.
2- النهج الصيني (مشروع)
تضخيم الإشارة ، التي يمكن إنشاؤها بواسطة الرنين ، أو التذبذبات الكهرومغناطيسية المنسقة ، بين طبقة البلازما والطائرة المحيطة بها ، طبقة خاصة. يقترح العلماء السماويون إضافة "طبقة مطابقة" لخلق الظروف الرنانة اللازمة أثناء الطيران العادي الأسرع من الصوت.
من المفترض أن الطبقة المطابقة ستعمل كمكثف في دائرة كهربائية تقليدية. من ناحية أخرى ، يعمل غلاف البلازما كمحرض ، مما يمنع حدوث تغيرات في التيار الكهربائي الذي يمر عبره. عندما يتم توصيل مكثف ومحث معًا ، فيمكنهما تكوين دائرة رنين.
بمجرد الوصول إلى الرنين ، ستبدأ الطاقة في الدوران بثبات بين البلازما والطبقة المطابقة ، كما هو الحال مع السعة التقليدية والتحريض في دائرة كهربائية. ونتيجة لذلك ، يمكن أن تنتشر إشارة الراديو الواردة من الأرض من خلال الطبقة المطابقة وقشرة البلازما ، كما لو كانت غير موجودة .
ملاحظة: لكي يعمل هذا النهج بشكل فعال ، يجب أن يكون سمك الطبقة المطابقة وقشرة البلازما أقل من طول الموجات الكهرومغناطيسية المستخدمة للتواصل مع الطائرة.
ونتيجة لذلك ، لن تعمل الطريقة المقترحة إذا كان نطاق تردد الهوائيات مرتفعًا للغاية ، كما هو الحال في الوقت الحاضر.
3. النهج الأمريكي
في عصر مكوك الفضاء ، تم حل المشكلة جزئيًا على شكل سفينة قابلة لإعادة الاستخدام. أدى تصميمه الديناميكي الهوائي إلى ظهور مناطق ذات كثافة تدفق بلازما أقل ، مما يسمح بالاتصال المحدود: مركبة نزول - مركز عملائي في بعض أجزاء المسار.ملاحظة: تؤثر عوامل مثل زاوية الدخول في الغلاف الجوي للمركبة الهابطة وسرعتها (عادة 20-25 بحد أقصى) وشكلها الديناميكي الهوائي على كثافة تدفق الغاز المتأين.
أجرى مركز الطيران الألماني (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt ؛ DLR) مع باحثين من جامعة ستانفورد (جامعة ستانفورد في كاليفورنيا) اختبارات ناجحة تمامًا للتكنولوجيا الجديدة ، والتي ستخفف في المستقبل رواد الفضاء من فقدان الاتصال عند دخول الغلاف الجوي وربما تضمن عمل المركبة المحمولة جواً. أجهزة تحديد المواقع GOS للصواريخ أو الرؤوس الحربية التي تفوق سرعتها سرعة الصوت.
في يناير 2016 ، أجرت شركة ناشئة مشتركة تجارب بنتائج إيجابية.
بالنسبة للاختبارات ، استخدمنا نفق الرياح لتقنيات الأسرع من الصوت وفرط سرعة الصوت في قسم DLR في معهد الديناميكا الهوائية وتكنولوجيا التدفق في كولونيا وسخان قوس عالي الطاقة لإنشاء البلازما.
تم إعادة إنشاء ظروف الاختبار الفعلية على أساس النماذج الرياضية من العلماء الأمريكيين في جامعة ستانفورد ، بقيادة سيدارث كريشناموورثي. تعرض جهاز اختبار (جهاز محاكاة السيارة المنحدرة) ، يتألف من درع حراري وجهاز راديو مقاوم للحرارة (جهاز إرسال) ، إلى تيار بلازما ساخن لعدة آلاف من الدرجات.
تم تركيب هوائي لاستقبال الإشارات اللاسلكية خارج تدفق الغاز الساخن.
جوهر الفكرة: في المنطقة المجاورة لهوائي الإرسال مباشرة ، يتم إنشاء مجال جهد سلبي ، والذي يصد تيار البلازما المتأين (الأيونات السالبة والإلكترونات) ، وبالتالي فتح نافذة في شرنقة البلازما للإشارات الراديوية.
لا يمكن فتح هذه النافذة لفترة طويلة ، لأن:
- فيلم البلازما غير ثابت بالنسبة للجسم بسبب معدلات التدفق العالية.
- يوجد في البلازما أيضًا أيونات موجبة الشحنة ، والتي تنجذب بسرور كبير إلى مولد المجال السلبي.
لذلك ، المجال ينبض ، يتم توليد الجهد في النبضات: كل بضع ثوانٍ. هذه الفترة كافية للسماح بإرسال واستقبال البيانات.
حتى الآن ، تم تطوير طريقة الاتصال اللاسلكي من خلال غلاف بلازما باستخدام مجال كهربائي نابض فقط في المحاكاة العددية.
وقد أعجب كريشنامورتي نفسه ببساطة وسرعة التعاون: "في غضون ثلاثة أشهر ، أتيحت لنا الفرصة لاختبار منهجيتنا في الممارسة ، وفي الوقت نفسه ، تلقينا البيانات وأفضل الممارسات من DLR في هذا المجال."
علي جولهان ، رئيس قسم تكنولوجيا الصوت فوق الصوتي وفرط الصوت ، له رأي إيجابي بنفس القدر: "إن التعاون بين DLR وجامعة ستانفورد هو أساس مثالي لحل مشكلة فشل الاتصال مع المركبة الفضائية النسب."
سيتم تحسين تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية وتكييفها للاستخدام ليس فقط في المركبات الفضائية الجديدة ، ولكن أيضًا في المركبات الفضائية الموجودة.
بعض المصطلحات:
نافذة هوائي AO.
SKA (KA، SA) - المركبة الفضائية النسب (في أشكال مختلفة)
GOS- رأس موجه.
RGSN (ARGSN) - الباحث عن الرادار.
المستندات والصور ومقاطع الفيديو المستخدمة:تحسين الكفاءة الوظيفية لأنظمة الاتصالات الهندسية الراديوية الموجودة على متن المركبة الفضائية المنحدرة (موضوع الأطروحة والملخص عن الهيئة العليا للتصديق 12/05/07 ، مرشح العلوم التقنية Cordero ، Liborio)