Dans des conditions où des engins spatiaux pénètrent dans l'atmosphère à des vitesses hypersoniques, une énorme quantité de chaleur est libérée, ce qui non seulement impose des charges thermiques élevées aux matériaux du véhicule de descente, mais conduit également à la formation de plasma autour du SCA.
Cela bloque (ou plutôt déforme) les signaux radio - à la suite de quoi le vaisseau spatial n'est pas en mesure de communiquer avec ses stations au sol pendant plusieurs minutes.
Il est très urgent d'assurer des communications radio stables avec les engins spatiaux.
Le problème dans le domaine militaire n'est pas moins pertinent: les forces de missiles stratégiques des missiles hypersoniques et des ogives ICBM.
3M-22 (Zircon) / dans le modèle de démonstration photo BrahMos-II, mais il est peu probable que 3M-22 se démarque:
Objet 4202 (Yu-71):
Les communications radar et radio via "ce" plasma ne fonctionnent pas: la puissance totale des pertes d'énergie électromagnétique et du rayonnement de bruit radio détermine presque complètement la diminution du potentiel énergétique du canal radio dans son ensemble, augmente considérablement et détermine la perte de communication radio sur le chemin de descente.
Le phénomène de déconnexion à l'entrée de l'atmosphère a été découvert lors du projet Mercury, puis des programmes Gemini et Apollo. Il se manifeste à une hauteur de chute d'environ 90 kilomètres et jusqu'à une marque de 40 kilomètres - à la suite d'un chauffage rapide de la surface d'une capsule tombant dans l'atmosphère, un nuage de plasma se forme à sa surface, qui agit comme une sorte d'écran électromagnétique.
L'effet est appelé (pas officiellement) Radio Silence Pendant la rentrée Fiery.
À la fin du film
Apollo 13 , qui présente une mission lunaire échouée avec trois astronautes à bord, les téléspectateurs éprouvent des tensions associées à l'engin spatial entrant dans l'atmosphère terrestre. C'est à ce moment que la communication avec le navire a été interrompue et les opérateurs de vol de l'American Houston ont commencé à fumer nerveusement dans ces secondes infiniment longues et douloureuses. À ce moment, le vaisseau spatial pénètre dans l'atmosphère à une deuxième vitesse cosmique, ce qui conduit à être entouré d'air chaud ionisé, à la suite de quoi la connexion avec la Terre est interrompue.
Pour plus de clarté, je vais vous présenter une vidéo d'entrée dans l'atmosphère de SKA Soyouz TMA-13M:
Comme exemple le plus pertinent - la perte de communication et de télémétrie pendant le test lance l'USAF X-51A Scramjet.
Plusieurs tentatives ont été faites pour résoudre ce problème:1. L'approche soviétique (mise en œuvre).
- Émetteurs micro-ondes faiblement orientés - antennes aéroportées avec protection thermique chauffée et matériau fondu pour la protection thermique.
- Antennes embarquées avec protection thermique, dont les conceptions originales ont une sensibilité réduite de leur transparence radio aux effets du chauffage aérodynamique à haute température.
- Méthodes de radio-blanchiment AO pour les conditions de chauffage aérodynamique, permettant une réduction des pertes en AO chauffé.
- L'utilisation d'antennes "longues" résistantes à la chaleur, retirées du film gaine plasma.
2. Approche chinoise (projet)
L'amplification du signal, qui peut être créée par résonance, ou oscillations électromagnétiques coordonnées, entre la coque de plasma et l'avion environnant, une couche spéciale. Les scientifiques célestes suggèrent d'ajouter une «couche correspondante» pour créer les conditions de résonance nécessaires pendant le vol hypersonique normal.
On suppose que la couche d'adaptation fonctionnera comme un condensateur dans un circuit électrique conventionnel. La coquille de plasma, d'autre part, agit comme une inductance, ce qui empêche les changements du courant électrique qui la traverse. Lorsqu'un condensateur et une inductance sont connectés ensemble, ils peuvent former un circuit résonnant.
Une fois la résonance atteinte, l'énergie commencera à circuler de façon stable entre le plasma et la couche d'adaptation, comme c'est le cas avec la capacité et l'inductance conventionnelles dans un circuit électrique. En conséquence, le signal radio entrant de la Terre peut se propager à travers la couche correspondante et la coque de plasma, comme s'il n'existait pas .
Remarque: pour que cette approche fonctionne efficacement, l'épaisseur de la couche d'adaptation et de la coque de plasma doit être inférieure à la longueur des ondes électromagnétiques utilisées pour communiquer avec l'avion.
Par conséquent, la méthode proposée ne fonctionnera pas si la gamme de fréquences des antennes est trop élevée, comme c'est le cas actuellement.
3. Approche américaine
À l'époque de la navette spatiale, le problème a été partiellement résolu avec la forme d'un navire réutilisable. Sa conception aérodynamique a donné naissance à des zones avec une densité de flux de plasma plus faible, ce qui permet une communication limitée: une descente véhicule-MCC dans certaines parties de la trajectoire.Remarque: des facteurs tels que l'angle d'entrée dans l'atmosphère du véhicule de descente, sa vitesse (généralement Max 20-25) et sa forme aérodynamique affectent la densité de flux de gaz ionisé.
Le centre aérospatial allemand (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Stanford (Stanford University en Californie) a effectué des tests très réussis de la nouvelle technologie, qui à l'avenir soulagera les astronautes de la perte de communication lors de leur entrée dans l'atmosphère et assurera éventuellement le fonctionnement de l'air. Localisateurs GOS pour missiles hypersoniques ou ogives.
En janvier 2016, une startup commune a mené des expériences avec des résultats positifs.
Pour les tests, nous avons utilisé la soufflerie des technologies supersoniques et hypersoniques du département DLR de l'Institut d'aérodynamique et de technologie des écoulements de Cologne et un radiateur à arc haute puissance pour créer du plasma.
Les conditions de test réelles ont été recréées sur la base de modèles mathématiques de scientifiques américains de l'Université de Stanford, dirigés par Siddarth Krishnamoorthy. Un appareil d'essai (simulateur du véhicule de descente), composé d'un écran thermique et d'un appareil radio émetteur résistant à la chaleur (émetteur), a été exposé à un flux de plasma chauffé à plusieurs milliers de degrés.
Une antenne pour recevoir les signaux radio a été installée en dehors du flux de gaz chaud.
L'essence de l'idée: au voisinage immédiat de l'antenne de l'émetteur, un champ de tension négatif est généré qui repousse le flux de plasma ionisé (ions négatifs et électrons), ouvrant ainsi une fenêtre dans le cocon de plasma pour les signaux radio.
Cette fenêtre ne peut pas exister ouverte depuis longtemps, car:
- Le film plasma n'est pas stationnaire par rapport à l'objet en raison des débits élevés.
- Dans le plasma, il y a aussi des ions chargés positivement, qui avec "grand plaisir" seront attirés par le générateur de champ négatif.
Par conséquent, le champ est pulsé, la tension est générée en impulsions: toutes les quelques millisecondes. Cet intervalle est suffisant pour permettre la transmission et la réception de données.
Jusqu'à présent, la méthode de communication radio à travers une enveloppe de plasma utilisant un champ électrique pulsé n'a été développée qu'en simulation numérique.
Krishnamurti lui-même a été impressionné par la simplicité et la rapidité de la coopération: «En trois mois, nous avons eu l'occasion de tester notre méthodologie dans la pratique et, en même temps, nous avons reçu des données et les meilleures pratiques du DLR dans ce domaine.»
Ali Gulhan, président du Département de technologie supersonique et hypersonique, a une opinion tout aussi positive: «La collaboration entre le DLR et l'Université de Stanford est une base idéale pour résoudre le problème de l'échec de la communication avec le vaisseau spatial de descente.»
La technologie des radiocommunications sera encore améliorée et adaptée pour être utilisée non seulement dans les engins spatiaux nouveaux mais également existants.
Quelques termes:
Fenêtre d'antenne AO.
SKA (KA, SA) - vaisseau spatial de descente (en variations)
Tête d'homologation GOS.
RGSN (ARGSN) - chercheur de radar.
Documents, photos et vidéos utilisés:Amélioration de l'efficacité de fonctionnement des systèmes de communication embarqués d'ingénierie radioélectrique des engins spatiaux de descente (sujet de thèse et résumé sur la Commission d'attestation supérieure 12/05/07, candidat des sciences techniques Cordero, Liborio)