En condiciones de naves espaciales que ingresan a la atmósfera a velocidades hipersónicas, se libera una gran cantidad de calor, lo que no solo impone altas demandas de cargas térmicas en los materiales del vehículo de descenso, sino que también conduce a la formación de plasma alrededor del SCA.
Esto bloquea (o más bien distorsiona) las señales de radio, como resultado de lo cual la nave espacial no puede comunicarse con sus estaciones terrestres durante varios minutos.
La tarea de garantizar comunicaciones de radio estables con naves espaciales es muy urgente.
No menos relevante es el problema en el aspecto militar: las Fuerzas de Misiles Estratégicos de misiles hipersónicos y ojivas ICBM. Por ejemplo,
3M-22 (Zircon) / en la foto modelo de demostración BrahMos-II, pero es poco probable que 3M-22 se destaque:
Objeto 4202 (Yu-71):
El radar y las comunicaciones de radio a través de "tal" plasma no funcionan: la potencia total de las pérdidas de energía electromagnética y la radiación de ruido de radio determinan casi por completo la disminución del potencial de energía del canal de radio en su conjunto, aumentan significativamente y determinan la pérdida de comunicación de radio en el camino de descenso.
El fenómeno de desconexión en la entrada a la atmósfera se descubrió durante el proyecto Mercury y luego en los programas Gemini y Apollo. Se manifiesta a una altura de caída de aproximadamente 90 kilómetros y hasta una marca de 40 kilómetros; como resultado del calentamiento rápido de la superficie de una cápsula que cae en la atmósfera, se forma una nube de plasma en su superficie, que actúa como una especie de pantalla electromagnética.
El efecto se llama (no oficialmente) Radio Silence durante Fiery Re-Entry.
Al final de la película
Apolo 13 , que presenta una misión lunar fallida con tres astronautas a bordo, los espectadores experimentan tensiones asociadas con la nave espacial que ingresa a la atmósfera terrestre. Fue en este momento que se interrumpió la comunicación con el barco, y los operadores de vuelo en el Houston estadounidense comenzaron a fumar nerviosamente en estos segundos interminablemente largos y dolorosos. En este momento, la nave espacial ingresa a la atmósfera a una segunda velocidad cósmica, lo que hace que esté rodeada de aire ionizado caliente, como resultado de lo cual se interrumpe la conexión con la Tierra.
Para que quede más claro, presentaré un video sobre cómo entrar en la atmósfera de SKA Soyuz TMA-13M:
Como el ejemplo más relevante: la pérdida de comunicación y telemetría durante el lanzamiento de la prueba USAF X-51A Scramjet.
Se han realizado varios intentos para resolver este problema:1. El enfoque soviético (implementado).
- Emisores de microondas débilmente dirigidos - antenas en el aire con protección térmica calentada y material fundido para protección térmica.
- Antenas a bordo con protección térmica, cuyos diseños originales tienen una sensibilidad reducida de su transparencia de radio a los efectos del calentamiento aerodinámico a alta temperatura.
- Métodos de blanqueo por radio AO para condiciones de calentamiento aerodinámico, proporcionando una reducción de las pérdidas en AO calentado.
- El uso de antenas "largas" resistentes al calor, extraídas de la película de la vaina de plasma.
2. Enfoque chino (borrador)
La amplificación de la señal, que puede crearse por resonancia u oscilaciones electromagnéticas coordinadas, entre la carcasa de plasma y el avión circundante, es una capa especial. Los científicos celestiales sugieren agregar una "capa coincidente" para crear las condiciones de resonancia necesarias durante el vuelo hipersónico normal.
Se supone que la capa de adaptación funcionará como un condensador en un circuito eléctrico convencional. La carcasa de plasma, por otro lado, actúa como un inductor, lo que evita cambios en la corriente eléctrica que lo atraviesa. Cuando un condensador y un inductor están conectados entre sí, pueden formar un circuito resonante.
Una vez que se alcanza la resonancia, la energía comenzará a circular de manera estable entre el plasma y la capa correspondiente, como es el caso de la capacitancia e inductancia convencionales en un circuito eléctrico. Como resultado, la señal de radio entrante de la Tierra puede propagarse a través de la capa correspondiente y la capa de plasma, como si no existieran .
Nota: para que este enfoque funcione de manera efectiva, el grosor de la capa correspondiente y la cubierta de plasma debe ser menor que la longitud de las ondas electromagnéticas utilizadas para comunicarse con la aeronave.
Como resultado, el método propuesto no funcionará si el rango de frecuencia de las antenas es demasiado alto, como en la actualidad.
3. Enfoque americano
En la era del transbordador espacial, el problema se resolvió parcialmente con la forma de una nave reutilizable. Su diseño aerodinámico dio lugar a áreas con una menor densidad de flujo de plasma, lo que permite una comunicación limitada: un vehículo de descenso, un MCC en algunas partes de la trayectoria.Nota: factores como el ángulo de entrada a la atmósfera del vehículo de descenso, su velocidad (generalmente Máx. 20-25) y su forma aerodinámica afectan la densidad del flujo de gas ionizado.
El centro aeroespacial alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) junto con investigadores de la Universidad de Stanford (Universidad de Stanford en California) realizaron pruebas bastante exitosas de la nueva tecnología, que en el futuro aliviará a los astronautas de la pérdida de comunicación al ingresar a la atmósfera y posiblemente garantizará el funcionamiento del aire. Localizadores de GOS para misiles hipersónicos o cabezas nucleares.
En enero de 2016, una startup conjunta realizó experimentos con resultados positivos.
Para las pruebas, utilizamos el túnel de viento de las tecnologías supersónicas e hipersónicas del Departamento DLR del Instituto de Aerodinámica y Tecnología de Flujo en Colonia y un calentador de arco de alta potencia para crear un plasma.
Las condiciones de prueba reales se recrearon en base a modelos matemáticos de científicos estadounidenses de la Universidad de Stanford, dirigidos por Siddarth Krishnamoorthy. Un dispositivo de prueba (simulador del vehículo de descenso), que consta de un escudo térmico y un dispositivo de radio transmisor resistente al calor (transmisor), se expuso a una corriente de plasma calentada a varios miles de grados.
Se instaló una antena para recibir señales de radio fuera del flujo de gas caliente.
La esencia de la idea: en las inmediaciones de la antena del transmisor, se genera un campo de voltaje negativo que repele la corriente de plasma ionizado (iones y electrones negativos), abriendo así una ventana en el capullo de plasma para señales de radio.
Esta ventana no puede existir abierta durante mucho tiempo porque:
- La película de plasma no es estacionaria en relación con el objeto debido a los altos caudales.
- En el plasma también hay iones cargados positivamente, que con "gran placer" se sentirán atraídos por el generador de campo negativo.
Por lo tanto, el campo es pulsante, el voltaje se genera en pulsos: cada pocos milisegundos. Este intervalo es suficiente para permitir la transmisión y recepción de datos.
Hasta ahora, el método de comunicación por radio a través de una carcasa de plasma utilizando un campo eléctrico pulsado se ha desarrollado solo en simulación numérica.
El mismo Krishnamurti quedó impresionado por la simplicidad y la rapidez de la cooperación: "En tres meses, tuvimos la oportunidad de probar nuestra metodología en la práctica y, al mismo tiempo, recibimos datos y mejores prácticas de DLR en esta área".
Ali Gulhan, presidente del Departamento de Tecnología Supersónica e Hipersónica, tiene una opinión igualmente positiva: "La colaboración entre DLR y la Universidad de Stanford es una base ideal para resolver el problema de la falla de comunicación con la nave espacial de descenso".
La tecnología de comunicación por radio se mejorará aún más y se adaptará para su uso no solo en las naves espaciales nuevas, sino también en las existentes.
Algunos términos:
Ventana de antena AO.
SKA (KA, SA) - nave espacial de descenso (en variaciones)
GOS- cabeza de referencia.
RGSN (ARGSN) - buscador de radar.
Documentos usados, fotos y videos:Mejora de la eficiencia de funcionamiento de los sistemas de comunicación de ingeniería de radio a bordo de naves espaciales de descenso (el tema de la disertación y el resumen de la Comisión de Certificación Superior 12/05/07, Ph.D. Cordero, Liborio)