كيفية الهبوط المكوك الفضائي من الفضاء

بشكل عام ، تحذير صغير: سيكون الأداء 20 دقيقة فقط.

وبالتالي ، ليس لدي سوى الوقت لأعطيك فكرة تقريبية عن كيفية ترتيب عملية الهبوط.



إذا كنت تريد أن تطير مكوكًا حقيقيًا ، فيرجى التأكد من قراءة التعليمات للاستخدام. بالإضافة إلى ذلك ، ستحتاج إلى آلة زمنية ، حيث هبط آخر مكوك قبل أكثر من خمس سنوات.



الآن يعيشون في المتاحف ولا يمكن أن تقلع. ومع ذلك ، فإنني ، مثلكم جميعًا ، في حالة إنكار لهذه الحقيقة على مدى السنوات الخمس الماضية. خاصة أنت ، ستيف فيلدمان. لذلك ، في عالمي لا يزال المكوك يطير وسنستخدم الحاضر فقط في هذه المحادثة.



لذلك دعونا نبدأ. هدفنا هو الهبوط على المدرج (فيما يلي - المدرج) في مركز كينيدي للفضاء في فلوريدا ، لكن دعنا نفترض أننا نطير الآن في مدار حول أمريكا الجنوبية بسرعة 27700 كم [في الساعة] في الاتجاه الخاطئ.





حسنًا ، لا يمكننا الالتفاف فقط. يتطلب تغيير الاتجاه في المدار تكاليف طاقة مجنونة. إذن ماذا نفعل؟



حسنا ...

من حيث المبدأ ، لا شيء. اتضح أن الأرض تدور ، مما يعني أن مركز كينيدي للفضاء نفسه سيأتي إلينا ، ما عليك سوى الانتظار.

إذن في هذا المنعطف ، عندما نطير إلى مركز كينيدي للفضاء ، نتوقف فقط! دائما يفعل ذلك.



اتضح أننا لا نزال نطير بسرعة تفوق 27700 كم / ساعة. بحيث يمكنك أن تتخيل مدى سرعة ذلك ، يبلغ طول المدرج الذي نحن على وشك الهبوط به 4500 متر. هذه عبارة عن ما يقرب من 40 إلى 45 ملعبًا لكرة القدم ، اعتمادًا على ما تعتبره ملعبًا لكرة القدم.



هذا واحد من أطول الممرات في العالم ، ولكن في سرعتنا الحالية ، سنطير طوله بالكامل في ستة أعشار الثانية فقط. يمكن أن نصل من نيويورك إلى لندن في غضون 12 دقيقة فقط. لذلك نحن بحاجة إلى إبطاء. بقوة.

حسنًا ، لدى المكوك محركات رائعة مزودة بأطنان من الطاقة لإبطاء حركتنا. لذلك دعونا فقط تشغيلها مرة أخرى! مهم ... يصبح ... محرجا بعض الشيء. كما ترون ، فقد تركنا بدون وقود. في دفاعنا ، دعنا نقول أن الإطلاق هو ، في الواقع ، مهمة مكلفة. هذان التعزيزان على الجانبين ، يحرقان 1.1 مليون رطل أو خمسمائة ألف كيلوغرام من الوقود الصلب في دقيقتين فقط ، ثم نرميهما بعيدًا.





يحتوي هذا الخزان الخارجي البرتقالي الكبير على 1.6 مليون رطل ، أو سبعمائة وخمسة وعشرين ألف كيلوغرام من الوقود السائل لمحركات المكوك الرئيسية الثلاثة ، ولكن بعد إطلاقها لمدة ثماني دقائق ، كانت أيضًا فارغة. لذلك يجب علينا طردهم. وداعا!



كل ما تبقى هو هذه المحركات المدارية الصغيرة للغاية ، والتي تنتج مجتمعة أقل من 1 ٪ من قوة الدفع للمحركات الرئيسية. لن يتمكنوا من إبطاء السرعة بسرعة 27700 كم / ساعة ، ولكن هناك خدعة واحدة.



في الواقع ، نحن لسنا بحاجة إلى إبطاء كثيرا. إذا تباطأنا بمقدار 360 كم / ساعة فقط ، فسيكون ذلك كافيًا للبدء في السقوط في الغلاف الجوي ، حيث يمكن لمقاومة الهواء القيام بما تبقى من العمل.



وبالتالي ، نحرق الوقود لمغادرة المدار ، والذي يستغرق حوالي ثلاث دقائق ، باستخدام محركات تحويل مدارية. بعد ذلك ، سوف ننجرف لنحو نصف ساعة قبل أن نصل إلى الغلاف الجوي. لكن لا يمكننا دخول الجو للخلف!



بادئ ذي بدء ، سوف ننظر سخيفة ، ولكن ما هو أكثر أهمية ، مقاومة الهواء كبيرة لدرجة أننا في النهاية سوف نذوب. ثم ، نرفع زاوية الهجوم إلى 40 درجة. هذه هي الزاوية بين الاتجاه الذي تنجذب إليه بسرعة والاتجاه الذي يتم توجيه القوس للسفينة فيه.



في هذه الزاوية ، يمكن حماية هيكل الألمنيوم القابل للانصهار بأكثر من 20.000 قطعة من السليكون ، وكذلك هذه الألواح المصنوعة من الكربون والكربون المقوى على الأنف والحافة الأمامية للأجنحة.



حقيقة مثيرة للاهتمام: يتم تغطية أسطح الجهاز المداري التي يتم تسخينها مع هذه اللوحات الحرارية ، وكذلك مع النسيج nomex ، الذي يغطي الأجنحة و
أبواب البضائع. كل هذا لا يبدو على الإطلاق مثل طائرة عادية ، ولكن حسناً ، عد إلى الهبوط.





لذلك ، إذا سارت الأمور على ما يرام ، يجب أن نتواصل مع الطبقات الأولى من الغلاف الجوي على ارتفاع 122 كم ، أي حوالي 8000 كم من موقع الهبوط.



كل هذا جيد ، ولكن بعد بضع دقائق هناك بعض المشاكل. لدينا أجنحة! وتنتج الأجنحة المصعد ، ومع هبوطها في الهواء الأكثر كثافة ، فإنها تولد الكثير من الرفع لدرجة أننا نبدأ بالفعل في الارتفاع ونترك الغلاف الجوي مرة أخرى.



هذا ليس جيد جدا نحن فعلا بحاجة لمواصلة النزول. حسنًا ، يمكننا رفع أنفنا أعلى ... هذا من شأنه أن يزيد من المقاومة ويقلل من الرفع ، لكننا نواجه خطر ارتفاع درجة الحرارة ، أو تجاوز الأحمال ، أو ببساطة فقدان السيطرة على المدار.

لذلك ، لا يمكننا تغيير زاوية الهجوم لدينا ، مما يعني أنه لا يمكننا تغيير مقدار الرفع الذي نولده. ومع ذلك ، يمكننا تغيير اتجاه هذه القوة. لا يجب أن يكون تصاعدياً.



إذا قمنا بالبنك إلى اليمين أو اليسار ، فيمكننا توجيه قوة الرفع إلى الجانب ، وليس إلى الأعلى. حسنًا ، هذا سيسمح لنا في الواقع بالتحكم في معدل الانخفاض. من خلال زاوية لفة أكثر انحدارًا ، سنقوم بإنشاء قوة رفع أقل موجهة للأعلى ، حتى ننخفض بشكل أسرع. بنفس الطريقة ، مع لفة خفيفة ، سنقوم بإنشاء المزيد من الرفع العلوي ، لذلك لن ننخفض بسرعة.



لكن هذا يثير سؤالًا مثيرًا للاهتمام: ما مدى سرعة النزول؟ في الواقع ، يعد الدخول إلى الغلاف الجوي مشكلة كبيرة لتوزيع الطاقة. لدينا الكثير من السرعة والكثير من المسافة للتغلب عليها. الهدف هو تقليل السرعة بطريقة تتغلب على المسافة المطلوبة.

إذا تباطأنا بسرعة كبيرة ، فلن نصل إلى موقع الهبوط ، وإذا تباطأنا ببطء شديد ، فسوف نسارع مباشرة إلى مركز كينيدي للفضاء وسنحطم في المحيط الأطلسي ، وهو أمر سيء أيضا. وهكذا ، اكتشفنا أنه من أجل السيطرة على النسب ، نحتاج فقط إلى تغيير زاوية الكعب. لكن كيف نتحكم في الفرامل (إلى أي مدى نسرع)؟

تذكر ، أولاً ، أننا نتباطأ لأننا نواجه الهواء. إذا أردنا أن نتباطأ أكثر فأكثر ، كل ما نحتاج إليه هو المزيد من الهواء. وأين هو مزيد من الهواء؟ بالطبع ، أقل في الجو - يصبح أكثر كثافة وأنت تنزل.



لذا فقد اكتشفنا نوعًا من الأدوات المناسبة للتحكم في التباطؤ ، لأننا إذا قمنا ببنك أكثر ، فسوف نسقط بشكل أسرع ، كما تعلمون بالفعل. ثم سنصل على الأرجح إلى الهواء الكثيف ، وسيساعدنا الهواء الكثيف في التباطؤ بقوة أكبر.



على العكس من ذلك ، لإعطاء لفة أصغر ، فإننا لن ننخفض بسرعة ، لذلك سنكون أطول في الهواء الرقيق ، مما يعني أن الكبح سيكون أبطأ.

لذلك ، هناك مشكلة واحدة فقط: لقد بدأنا في النشر. زاوية لفة لا تساعد كما كنا نأمل في الأصل. لذلك ، تحولت ناسا إلى مهندسيها. "هذه مشكلة خطيرة للغاية! لا يمكننا أن نأخذ ونهبط في بنما! "



فأجاب المهندسون: "حسنًا ، ثم اقلب الاتجاه الآخر. هذا ليس علم الصواريخ ، ولماذا تهدر وقتنا يا ستيف؟ "



لذلك ، نحصل على منحنى على شكل حرف S للنسب ، لكنه يعمل. لذلك ، قبل الانتقال ، دعونا نرى ما تعلمناه. لقد بدأنا بمناورة لا تدور حول مدار ثلاث دقائق تقريبًا. ثم ننجرف إلى الطبقات الكثيفة للغلاف الجوي وفي هذه العملية نضبط زاوية الهجوم عند 40 درجة حتى يتمكن درع الحرارة من حمايتنا. بمجرد أن ندخل الغلاف الجوي ، يتم التحكم في كل شيء بزاوية لفة. إذا بدا أننا سنطير فوق الشريط ، فقم بزيادة اللفة ، ونتباطأ بشكل أسرع. وإذا كنا نواجه نقصًا ، فنحن نخفف من درجة التباطؤ ولن يحدث التباطؤ بهذه السرعة. وحتى لو انحرفنا كثيرًا عن الهدف ، فإننا نحتاج فقط إلى الاتجاه المعاكس ، مما يسمى "المنعطفات الموازنة". لذلك يطلق عليهم في ناسا.



هذه صورة لعودة آخر مكوك خلال مهمة STS-135. شيء مثير للاهتمام حول هذا التوهج عند الدخول: من الناحية الفنية ، هذه ليست حريقًا ، على الرغم من أنها متشابهة جدًا. إنه في الواقع غاز ساخن ساخن لدرجة أن الإلكترونات تنفصل عن ذراتها وجزيئاتها ، وتبدأ في التوهج ، وهذا اللون البرتقالي الناعم. هذه حالة أخرى تسمى البلازما ، والتي ، حتى لو لم تسمع بها من قبل ، رأيتها باستمرار ، في شكل إشارات النيون والبرق والأهم من ذلك - الشمس هي كرة كبيرة مضيئة من البلازما.



الآن ، بينما نتباطأ ، نحصل على كمية أقل من هذه البلازما ونحصل على حرارة أقل ، لذلك نحن أقل قلقًا بشأن الذوبان. لكننا نشعر بالقلق أكثر فأكثر بمجرد سقوطنا في الهواء. نحن حقا تحول من سفينة الفضاء إلى طائرة.

بسرعة 13000 كم / ساعة ، بدأنا في خفض أنفنا ، وخفض زاوية الهجوم. ثم بسرعة 2750 كم / ساعة ، ننتقل إلى وضع تحكم مختلف تمامًا يسمى إدارة الطاقة في منطقة المحطة الطرفية ، أو TAEM.



الآن نحن نطير مثل الطائرة. طائرة سيئة للغاية. ليس لدينا محركات ، لكننا نعمل بشكل شبه طائرة. نرفع أنفنا للتحكم في سرعة نزولنا.

نحن ننتقل إلى الدوران ، ولا يزال أمامنا هذا الشيء الذي يمكن أن ينفتح ويقفل لمساعدتنا في التحكم في سرعة رحلتنا.



أيضا ، حتى تلك اللحظة طارنا على الطيار الآلي. يتم التحكم في الطيار الآلي بواسطة خمسة من أجهزة الكمبيوتر الاحتياطية هذه ، ولكل منها ذاكرة كاملة بحجم ميغابايت. لن تكون قادرًا على وضع صورة واحدة حتى من الهاتف ، لكنه تمكن من إدارة المكوك جيدًا.



ولكن عند الاقتراب من المدرج ، يتولى القائد السيطرة ، ويسمى هذا الوضع CSS ، أي التحكم في ذراع التوجيه (وليس أوراق الأنماط المتتالية). ومع ذلك ، فإن Shuttle يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر ، وهذا يعني في الواقع أن أجهزة الكمبيوتر تتحكم في كل شيء دون توقف. حتى أثناء CSS ، يتظاهر الكمبيوتر ببساطة بالسماح للناس بالطيران ، مثلما يحدث في الروتين.



ملاحظة: لا يريد الطيار المكوك أن يطلق عليه مساعد الطيار. انها ببساطة الهجومية. بشكل عام ، في المقعد الأيسر لدينا قائد يتحكم في الرحلة. وفي المقعد الصحيح ، لدينا قائد. ولا تطير.



لست متأكدًا تمامًا من أن وكالة ناسا لم تفعل ذلك لإرباك وسائل الإعلام ، لأنها تعمل جيدًا.

لكن العودة إلى TAEM. تقودنا TAEM عبر خط وسط المدرج ، ثم على طول هذا الحلزوني الخيالي المسمى Cone Course Alignment Cone. إذا سارت الأمور على ما يرام ، فسوف نتماشى مع المدرج وسنخطط من ارتفاع 3000 متر.



بالطبع ، إذا كنا على متن طائرة عادية ، فإن "التخطيط" يعني مسار هبوط من ثلاث درجات بسرعة حوالي 255 كم / ساعة ، مع انخفاض سرعة حوالي 230 متر في الدقيقة. ولكن هذا لا يعمل بالنسبة لنا. يمتلك The Shuttle أجنحة قصيرة وأنف مستدير كبير وسميك.



ويسمى بمودة لبنة الطيران.



يتدرب رواد فضاء ناسا على طائرة Gulf Stream II المعدلة ، والتي ، لمحاكاة اللا ديناميكية الهوائية للمكوك ، تحلق مع معدات الهبوط الممتدة ومحركات الدفع العكسي.





وبالتالي ، نحن بحاجة إلى نزول ، وهو أكثر ملاءمةً لبنة بزاوية ميل تبلغ 20 درجة وسرعة 555 كم / ساعة وسرعة نزول تزيد عن 3050 مترًا في الدقيقة.



لتزويدك بالسياق ، ما مدى سرعة النزول التي تبلغ 3050 مترًا في الدقيقة ، أي حوالي 190 كم / ساعة. هذه هي السرعة الحرجة لقفز القفز الحر.





من الواضح أننا لن نهبط على هذا المنوال ، لذلك على ارتفاع 600 متر ، نبدأ في رفع أنفنا إلى دولة تسمى مناورة ما قبل الهبوط. نحن نهدر الطاقة التي لدينا في شكل سرعة الطيران في مقابل تقليل سرعتنا المجنونة في الهبوط. الشاسيه متاح في 91 متر.



ننتظر حتى اللحظة الأخيرة ، لأن الهيكل يسبب مقاومة قوية ، وبعد إطلاقه في الطائرة ، لم يعد بالإمكان رفعه. نعبر المدرج 8 أمتار فقط ، وسرعة الطيران تنخفض مثل الجنون. يحدث لمس بسرعة 410 كم / ساعة ، يتم نشر المظلة الكبح ، ينخفض ​​الأنف تدريجيا.



بعد ساعة وخمس دقائق فقط من مناورة المكابح على ظهر الكوكب ، هبطنا مكوك الفضاء.

... من الفضاء!



بشكل طبيعي. في أي مكان آخر سوف تزرعه؟

سأريكم كيف يبدو من وجهة نظر الطيار ، لأنه كطيار ، أعتقد أن هذا هو أروع شيء من حيث المبدأ.



بالطبع ، لا يوافق أي من أولئك الذين أظهرتهم على أن هذا هو أروع شيء في التاريخ ، لكنني آمل أن يوافق ستيف.

هذا هو الهبوط الليلي للطائرة STS-115. نحن نطير حول دورة محاذاة المخروط في الوقت الحالي. نحن ننظر من خلال عرض الطيار البصرية. هذه هي كل هذه الأرقام الخضراء الوامضة. يشار إلى سرعة الرحلة على اليسار. لدينا ما يقرب من 260-270 العقد. على اليمين هو الارتفاع. نذهب الآن أقل من 8500 متر. قريباً من الأعلى ، سترى الساحل الشرقي لفلوريدا يظهر في الأفق.



هذه هي أضواء جنوب مركز كينيدي للفضاء.

في وسط الشاشة يوجد مربع به نوع من الماس الغامض ينبثق منه. هذا الماس يظهر مسارنا. بشكل عام ، فإن القائد ، في الواقع ، يحاول الآن إحضار هذا الصندوق إلى الماس ، وسيبقي هذا المكوك على المسار الصحيح من الهبوط على طول دورة مواءمة الدورة التدريبية. بالمناسبة ، سيتحول هذا المربع إلى دائرة بعد فترة ... هذا ليس مهمًا جدًا. حسنًا ، هذا مهم ، لكنني لا أريد أن أشرح كيف. في الجزء السفلي ، والذي اختفى الآن ، لأن عنصر التحكم مفتوح ، على ما يبدو ، هذا الشيء موجود هنا ، يقول: CSS ، و HDG مكتوب أعلاه ، أي بالطبع. هذا هو Course Alignment Cone ، وعلى اليمين يوجد خط أفقي مع زوج من المثلثات التي تشير إليه. المثلث العلوي يظهر فرامل الهواء أينما هو الآن. وهو مفتوح بنحو سبعين بالمائة ، ويظهر المثلث السفلي المكان الذي يريد الكمبيوتر وضعه فيه ، وهو نفس الشيء في الوقت الحالي. سترى كيف يقوم بإجراء التعديلات أثناء تحركه ، وسيجري تعديلًا كبيرًا على ارتفاع 900 متر (قبل وقت قصير من الهبوط).

هنا يظهر المدرج في الأفق ، ومن 3000 متر. سأسمح فقط لرواد الفضاء بالتحدث عن أنفسهم ، لأنني أعتقد أن هذا أكثر إثارة للاهتمام. الصوت الرئيسي الذي سوف تسمعه هو أن الطيار يتحدث إلى القائد أثناء الهبوط.



الطيار (PMT): "صحيح".
أخصائي البعثة 2: "درب اللوحات".
PLT: "إذاً ها هو ، 9000."
PLT: "اثنان واثنين آخرين ، يبدو مناسبا."
القائد (CRA): "أوافق".
PLT: "8000"
KDR: "الرياح المعاكسة ضعيفة على سطح السفينة."
PLT: "7000".
PLT: "أنت تسير على ما يرام".
KDR: "أوافق".
PLT: "6000".
PLT: "حسنا ، 5000. رادار بلدي على ما يرام ، والرادار الخاص بك على ما يرام."
KDR: "أوافق".
PLT: "سوف أنظر إلى جهاز التقاط الصور و
نذهب 3 ... حوالي 3000 ".
KDR: "3000. فرامل الهواء. "
PLT: "... يبدو أن مكابح الهواء تتحرك حوالي 27 ، على ما يبدو."
KDR: "جيد".
PLT: "جيد ، 2000. الزرع. الهيكل جاهز. "
KDR: "لقد فهمتك ، قبل الصعود".
PLT: "أراك في الزرع. أرى أنك متأخر قليلاً. يبدو مناسبا. 1000. السرعة القصوى هي 313. 400. "



KDR: "تم إصدار الهيكل".
PLT: "وهنا الشاسيه. الهيكل تتحرك. أراك تسقط في بار الكرة. يمكنك إضافة واجهة إذا لم تقم بإضافتها بعد. يدل على أن ارتفاع قليلا ".
KDR: "أوافق".
PLT: "طويل القامة ، هناك مائة قدم. 255. الكثير من الطاقة. التصحيح ممتاز. هناك 50. أرى الأنف يرتفع. 30 ، 230. حسنا ، ليست عالية جدا ، لم يحن الوقت بعد. ها هو ذا. هناك 22 ، 10. يمكنك البدء في خفضه. إذن ها هو ، 7 ، 6 ، 5 ، 4 ، 3. المس. هناك مظلة. "



KDR: "أنا أطفئ الدوران".
PLT: "وأراكم تسقط واحد ونصف. بانخفاض واحد ونصف. بانخفاض واحد ونصف. لمسة جيدة. "



مدير الجلسة: لذلك ، تذكر: المحركات ليست متاحة لهم ، لذلك هذه هي الفرصة الوحيدة للهبوط. أود أيضًا أن أشير إلى أن هذا الفيديو بدأ منذ حوالي ثلاث دقائق ونصف الساعة على بعد 11 كم. هذا هو ارتفاع الطيران نموذجي إلى حد ما لطائرة. لذا تخيل قائد طائرتك قائلاً: "سيداتي سادتي ، بدأنا نزولنا الأولي إلى فيلادلفيا (أو في مكان ما). سنكون على الأرض قريباً. "

ويعني "الوقت القريب" ثلاث دقائق ونصف. لكن المكوك طار بهذه الطريقة ، وكان ذلك.

شكرا لك



[شكرا لك! - شقي]


شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على خادم مستوى دخول تناظري فريد اخترعوه لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 دولارا أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا 2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجا بايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت ذاكرة DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولار اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟