अंतरिक्ष सुपरसोनिक पैराशूट

हम इस तथ्य के अभ्यस्त हैं कि लैंडिंग के अंतिम चरण में एक पैराशूट का पता चलता है। लेकिन यह हमारी सांसारिक स्थितियों में होता है। गुंबद की गिरावट की दर को धीमा करने के लिए वातावरण का घनत्व पर्याप्त है। और फिर, लोगों-पैराट्रूपर्स को सही स्थिति लेने के लिए सिखाया जाता है ताकि उनके पैर न टूटें, और तकनीक inflatable सदमे अवशोषक या नरम-लैंडिंग इंजन के साथ बैठती है जो अंतिम सेकंड में चालू होती है। लेकिन आकाशीय पिंडों, विभिन्न स्थितियों और कभी-कभी पैराशूट्स पर सौर मंडल में लैंडिंग के मध्यवर्ती चरण की असामान्य भूमिका में कार्य करते हैं। वे विशाल, सुपरसोनिक गति से खुलते हैं और आकार और अनुपात में केवल दूरस्थ रूप से हमें परिचित, सांसारिक गुंबदों की याद दिलाते हैं। और वातावरण में धीमा करने के लिए, बहुत विशेष डिजाइन की पेशकश की जाती है।


मार्स रिकॉनिस्सेंस ऑर्बिटर / नासा से पैराशूट, फोटो द्वारा "जिज्ञासा" गिर रही है

थोड़ा सा भौतिकी

विमान से कूदने वाला पैराशूटिस्ट शून्य गुरुत्वाकर्षण का अनुभव करता है। वायु प्रतिरोध का बल गति के वर्ग के अनुपात में बढ़ता है, और बहुत जल्दी स्काईडाइवर गिरने की गति तक सीमित हो जाएगा, जब गुरुत्वाकर्षण बल और वायुगतिकीय खींचें संतुलित हैं। प्रतिरोध शरीर के आकार पर निर्भर करता है, इसलिए ट्रोपोस्फीयर में फ्लैट गिरने वाले एक ठेठ स्काइडाइवर के लिए, गिरने की गति लगभग 50 मीटर प्रति सेकंड है, और पहले फाल्कन 9 चरण में, इंजन के अंतिम मोड़ से पहले और लैंडिंग, यह लगभग 300 मीटर / सेकंड है। इन गति से संबंधित हैं कि वे सबसोनिक हैं। यहां तक ​​कि फाल्कन 9 चरण, जो लंबवत रूप से गिरता है और कम से कम ब्रेक करता है, स्वतंत्र रूप से इंजन की गति को चालू करने से पहले ही ध्वनि की गति से नीचे धीमा हो जाता है। और एक फ्री फॉल में स्पीड रिकॉर्ड तोड़ने के लिए, फेलिक्स बॉमगार्टनर को लगभग 39 किमी की ऊंचाई पर स्ट्रैटोस्फीयर बैलून पर चढ़ना पड़ा, जहां का वातावरण दुर्लभ है और गिरने में देरी होती है।


ओरियन अंतरिक्ष यान पैराशूट प्रवाह, स्रोत के आसपास

हम जिस पैराशूट का उपयोग कर रहे हैं उसका आकार न्यूनतम क्षेत्र के साथ अधिकतम प्रतिरोध बनाने के लिए प्रयोगात्मक रूप से चुना गया था। और अगर हम यह देखें कि हवा एक साधारण, सबसोनिक, पैराशूट के आसपास कैसे बहती है, तो हम एक स्पष्ट तस्वीर देखेंगे - पैराशूट की छतरी हवा की गति के लिए एक बाधा के रूप में कार्य करती है। हवा आंशिक रूप से गुंबद के चारों ओर बहती है और इसके पीछे भंवरों के साथ बड़े वायुगतिकीय छाया का एक क्षेत्र बनता है। केंद्र में तेज़ हवा की गति एक विशेष रूप से बने छेद का परिणाम है ताकि गुंबद स्विंग न हो।


सुपरसोनिक पैराशूट, वर्टिसिटी छवि के आसपास अनुमानित और वास्तविक प्रवाह

सुपरसोनिक गति से, हालांकि, हवा में गतिमान एक पिंड के चारों ओर प्रवाह का चरित्र मौलिक रूप से बदलता है। इसके सामने एक शॉक वेव बनता है (शॉक वेव)। पहले परीक्षणों से पता चला कि साधारण गुंबद अस्थिर हो जाते हैं, गुंबद की पारगम्यता को बढ़ाना और इसके आकार के साथ प्रयोग करना आवश्यक था। इसके अलावा, गुंबद का संचालन उड़ान पेलोड के सामने से गड़बड़ी से प्रभावित होता है, लाइनों की सही लंबाई का चयन करना आवश्यक है ताकि गुंबद ढहना शुरू न हो।


कपड़े की गति और पारगम्यता के आधार पर पैराशूट का व्यवहार। नीचे का क्षेत्र - पैराशूट मार्ग, धराशायी लाइन - वह क्षेत्र जहां पैराशूट ढह जाता है और फिर से वापस आ जाता है

स्थलीय परिस्थितियों में, पैराशूट प्रति सेकंड मीटर की इकाइयों के लिए दर्जनों (पैराट्रूपर के लिए 50, सोयूज अंतरिक्ष यान के लिए 90) से गति को कम करते हैं। उदाहरण के लिए, 9-11 किमी की ऊंचाई पर सोयूज एसए में 240 मी / एस के वंश की एक सीमित गति है, इसे 14 एम 2 के एक छोटे ब्रेकिंग पैराशूट के साथ 90 मीटर / सेकंड तक बुझा देता है और मुख्य पैराशूट खोलता है। लैंडिंग के अंतिम मीटर पर, सोयूज़ एसए 9 मीटर प्रति सेकंड की गति से घटता है , और सामान्य गोल गुंबद डी-1-5 यू लगभग 5 मीटर / सेकंड प्रदान करता है । यदि सतह को लापरवाही से छुआ जाए तो इन दोनों की गति काफी अधिक खतरनाक होती है, इसलिए स्काईडाइवर को अपने पैरों को एक साथ रखने के लिए सिखाया जाता है, और सोयूज़ एसए में नरम लैंडिंग के लिए विशेष ब्रेक मोटर्स शामिल हैं।


डीएमपी की लौ बहुत खूबसूरती से काम करती है। लैंडिंग "सोयूज़ एमएस -11", नासा / बिल इंगल्स फोटो

क्या नरम लैंडिंग इंजन के बिना करना संभव है? यदि आप क्षेत्र में वृद्धि करने की कोशिश करते हैं, और परिणामस्वरूप गुंबद का द्रव्यमान, गिरावट की गति को कम करने के लिए, तो सुरक्षित गति के लिए यह तर्कहीन रूप से बड़ा हो जाएगा। अभी भी जहाज को पानी पर रखने का एक विकल्प है (बुध, मिथुन, अपोलो, ओरियन), यदि जहाज एक कोण पर पानी में प्रवेश करता है, तो यह सदमे अवशोषक की तरह काम करता है। आप एयर बैग्स (बोइंग स्टारलाइनर) भी फुला सकते हैं।

और मंगल की सतह पर, दबाव पृथ्वी की तुलना में 160 गुना कम है, इसलिए लैंडिंग पैराशूट के अंतिम चरण के लिए यह निश्चित रूप से पर्याप्त नहीं है - यदि आप पृथ्वी के पैराशूटिस्ट को मानक उपकरण में स्थानांतरित करते हैं, तो गुंबद खोलने के बाद, यह टूट जाएगा, ~ 60 m / s की गति से सतह से टकराना। 200 किमी / घंटा)। मंगल ग्रह के लिए गुंबद खोलने से पहले पैराशूटिस्ट के गिरने की अधिकतम गति पृथ्वी के ~ ~ 280 मीटर प्रति सेकंड (सतह के पास) से लगभग छह गुना अधिक है। यह मंगल पर ध्वनि की गति से अधिक है - ~ 244 m / s।

नतीजतन, मंगल पर उतरना पृथ्वी पर लौटने से अलग है। पहले चरण में, वंश वाहन कई किलोमीटर प्रति सेकंड से लेकर 400 मीटर प्रति सेकंड तक की गति को कम कर देता है, जो हीट शील्ड के साथ एयरो लिफाफे में होता है। फिर एक सुपरसोनिक पैराशूट खुलता है, जिससे लगभग 60-100 मीटर / सेकंड तक वंश वाहन निकलता है। और, अंत में, तीसरा, अंतिम लैंडिंग चरण तकनीकी समाधानों की सबसे विस्तृत विविधता द्वारा प्रतिष्ठित है - डिवाइस अपने इंजन (वाइकिंग्स, मार्क इनसाइट, स्कीपैरेली) पर उतरते हैं, रीसेट इंजन द्वारा ब्रेक लगाए जाते हैं और inflatable शॉक-अवशोषक (मार्स पाथफाइंडर, स्पिरिट / अपॉच्र्युनिटी रोवर्स) में लैंड करते हैं। ), रॉकेट इंजन (क्यूरियोसिटी) पर एक विशेष मंच के नीचे सतह पर आते हैं, और हल्के वाहन ब्रेक इंजन (बीगल -2) के बिना करते हैं या, उन्हें ब्रेक लगाना, सदमे अवशोषक ("मंगल -3") पर गिरते हैं।

रचनात्मक पुन: उपयोग

मंगल पर नरम लैंडिंग के लिए उपकरण भेजने के बारे में यूएसएसआर और यूएसए, दोनों को अपने सिस्टम के परीक्षण के कार्य के साथ सामना करना पड़ा। और अगर थर्मल प्रोटेक्शन का व्यवहार पहले से ही इंटरकॉन्टिनेंटल मिसाइल वॉरहेड्स और पृथ्वी की कक्षा से लौटने वाले वाहनों के परीक्षणों से जाना जाता था, और हेलीकॉप्टर से उपकरणों को गिराकर अंतिम लैंडिंग चरण की जांच की जा सकती थी, तो सुपरसोनिक पैराशूट के संचालन की जांच करने के लिए विशेष परिस्थितियों का चयन किया जाना था। सौभाग्य से, यह पृथ्वी पर किया जा सकता है। 30-40 किमी की ऊँचाई पर, वायुमंडल का घनत्व मार्टियन एक से अधिक भिन्न नहीं होता है, और रॉकेट इंजनों का उपयोग करके, सुपरसोनिक गति के लिए परीक्षण खड़ा किया जा सकता है। और समुद्र के दोनों किनारों पर, इंजीनियर समान समाधानों के साथ आए। यूएसएसआर में, मंगल के लिए सुपरसोनिक पैराशूट का परीक्षण एम -100 बी मौसम विज्ञान रॉकेट पर समताप मंडल में उठाकर किया गया था। परीक्षण उपयोगी साबित हुए, यादों ने पैराशूट के पहले संस्करण की प्रवृत्ति के बारे में बताया जो 3.5M की गति से ढह गया, जिसे उन्होंने देखा और सही करने में सक्षम थे।

संयुक्त राज्य अमेरिका में, "वाइकिंग" परीक्षण बेंच कुछ अधिक जटिल थी - डिवाइस को एक स्ट्रैटोस्फेरिक बैलून पर 36 किमी की ऊंचाई तक उठाया गया था, और फिर ठोस-ईंधन इंजनों द्वारा फैलाया गया था। यहां तक ​​कि अगस्त 1972 के परीक्षण फ्रेम भी बच गए हैं। वे भाग्यशाली थे - फिल्मों को विघटित और बेचा कैबिनेट में भुला दिया गया था और लगभग सभी खो गए थे, लेकिन मामले और अंतरिक्ष उत्साही ने उन्हें गायब नहीं होने दिया।



कुल 4 परीक्षण किए गए , सभी सफल रहे, लेकिन इसलिए नहीं कि वे एक उपयुक्त तकनीकी समाधान खोजने के लिए तुरंत भाग्यशाली थे। तथ्य यह है कि वाइकिंग प्रोग्राम ने अंतरिक्ष यान के लिए पैराशूट बनाने के लिए 60 के दशक की उपलब्धियों का उपयोग किया - प्लैनेटरी एंट्री पैराशूट प्रोग्राम (PEPP), सुपरसोनिक प्लैनेटरी एंट्री डेसेलेरेटर (SPED) और सुपरसोनिक हाई एल्टीट्यूड पैराशूट एक्सपेरिमेंट (SHAPE), और टेस्ट फ्लाइट्स पवन सुरंग परीक्षण, थ्रो परीक्षण और पाइरो थ्रोअर परीक्षण सहित केवल परीक्षण कार्यक्रम के शिखर थे।

PEPP, SPED और SHAPE में कुल 16 परीक्षण उड़ानें आयोजित की गईं, जिनमें से केवल 11 ही सफल रहीं। पिछले प्रयोगों के आधार पर, तीन सबसे होनहार प्रकार के गुंबदों का परीक्षण किया गया था - रिंगेल, क्रूसीफॉर्म और डिस्क-गैप-स्ट्रिप प्रकार (डिस्क-) गैप-बैंड, डीजीबी)।


क्रॉस डोम टेस्ट

बाद वाला प्रकार, डीजीबी, सुपरसोनिक तैनाती के लिए ब्रेकिंग पावर और स्थिरता के मामले में सबसे उपयुक्त साबित हुआ। यह वह था जो नासा के उपकरणों पर अगले दशकों में लगाया जाने लगा।


DGB डोम परीक्षण

मार्स वन नहीं

चौकस पाठक पूछेगा: “और केवल मंगल ग्रह के बारे में बातचीत क्यों हो रही है? अन्य ग्रहों के बारे में क्या? " सुपरसोनिक पैराशूट के लिए मंगल सबसे लगातार क्षेत्र है, लेकिन केवल एक ही नहीं है। और यदि आप शुक्र के बारे में सोचते हैं, तो आप गलत थे - इसके वायुमंडल का घनत्व ऐसा है कि पैराशूट खुलने से पहले ही डीसेंट वाहनों की गति धीमी हो जाती है, और पैराशूट पर उतरने की स्थिति स्थलीय लोगों की तुलना में होती है। शुक्र पर ध्वनि की गति ~ 410 m / s थी, और पहला उपकरण, इसके वायुमंडल में घटते हुए, “Venus-4”, ने लगभग 210 m / s की गति से एक पैराशूट खोला। टाइटन पर उतरते समय सुपरसोनिक पैराशूट का इस्तेमाल किया गया था। इसके अलावा, सैटर्न उपग्रह की वायुमंडलीय विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए, ह्यूजेंस यूरोपीय जांच पर एक जिज्ञासु तकनीकी समाधान का उपयोग किया गया था: सबसे पहले, 400 मीटर / सेकंड की गति से (टाइटन के बारे में 2 एम के लिए), एक सुपरसोनिक पैराशूट खुलता है। और 15 मिनट के बाद यह रीसेट हो जाता है, और ब्रेकिंग / लैंडिंग पैराशूट खुल जाता है। तथ्य यह है कि सुपरसोनिक पैराशूट का क्षेत्र जल्दी से बेमानी हो जाता है, और सतह तक पहुंचने से पहले जांच स्थिर हो सकती है। इसलिए, एक छोटे से क्षेत्र का दूसरा पैराशूट 94 मीटर / सेकंड के वंश की प्रारंभिक गति प्रदान करता है, जो वातावरण के घनत्व में वृद्धि के कारण सतह पर घटकर 4.7 मीटर / सेकंड हो जाता है।


Huygens Descent to Titan

वर्षगांठ पर, मिशन के 20 साल, डिस्कवरी चैनल के फिल्मांकन के लिए एक पैराशूट तैनात किया गया था।


फोटो वर्टिसिटी सिस्टम

एक चौकस पाठक इस तस्वीर में पहले से ही ज्ञात डीजीबी-टू-बैंड-डी लेआउट को देखेगा। वास्तव में, मार्टिअन एपरेटस पर विकसित प्रौद्योगिकियां सौर प्रणाली के पूरी तरह से अलग कोने में उपयोगी थीं।

चूंकि हम यूरोपीय उपकरणों के बारे में बात कर रहे हैं, हम "शिआपरेली" को याद कर सकते हैं, जो अंतिम चरण में दुर्घटनाग्रस्त हो गया, लेकिन डीजीबी पर एक सुपरसोनिक पैराशूट को सफलतापूर्वक ब्रेक करने में सक्षम था।


ईएसए तस्वीरें

उड़नशील उड़न तश्तरी

भौतिकी के नियम नहीं बदले हैं, और DGB पैराशूट का उपयोग अब किया जा सकता है, लेकिन अपेक्षाकृत छोटे उपकरणों के लिए। फिर अस्पष्टीकृत क्षेत्र शुरू होता है - 60 के दशक में एक टन से अधिक के भार के साथ एकमात्र परीक्षण विफल रहा। नई चंदवा और गोफन सामग्री का उपयोग करके उठाने की क्षमता का एक सा जीता जा सकता है, लेकिन जिज्ञासा सुरक्षा सीमा के करीब आ गई है जो पुरानी तकनीक प्रदान कर सकती है। लेकिन मैं मंगल ग्रह पर भारी आशंकाओं के साथ उतरना चाहता हूं। आपको कुछ नया लेकर आने की जरूरत है। इस तरह की एक प्रायोगिक परियोजना लो-डेंसिटी सुपरसोनिक डिक्लेरेटर (एलडीएसडी) थी। यहां वे एक साथ दो बदलावों को लागू करने की कोशिश कर रहे हैं। सबसे पहले, DGB पैराशूट को राउंड-बंजी में बदल दिया जाता है। दूसरे, धीमी गति से आगे बढ़ने के लिए, एयर शेल के क्षेत्र को कुंडलाकार "कॉलर" फुलाकर बढ़ाया जाता है।


नासा की छवि

नई प्रणाली से मंगल को 2-3 टन जांच पर लैंडिंग प्रदान करनी होगी। लेकिन दो परीक्षणों में पैराशूट टूट गया। 2016 में तीसरे की उम्मीद थी, लेकिन अभी तक उसके बारे में कुछ भी नहीं सुना गया है।





तो 2020 रोवर के लिए पैराशूट अभी भी रिकॉर्ड सेट कर सकता है, 0.4 सेकंड में खुलता है और 37 टन के शिखर लोड को समझ सकता है, लेकिन रोवर 2020 की तुलना में कुछ भारी होने के लिए, बस इसे बढ़ाने से काम नहीं चलेगा।


रोवर 2020 पैराशूट का खुलासा

कॉलर झालर

एलडीएसडी के "कॉलर" को खोलने का विचार एक मौलिक रूप से भिन्न दृष्टिकोण पर आधारित है, जब सामान्य पैराशूट के बजाय, एक inflatable शटलकॉक का उपयोग किया जाता है। और यहां आखिरी समय में सफलता की बदलती डिग्री के कई रूसी परीक्षण होंगे । 2000 में, फ्रिगेट बूस्टर ब्लॉक और उपकरणों के साथ कैप्सूल कक्षा में चला गया। उन्होंने वायुमंडल में प्रवेश करने के लिए ब्रेक लगाया, और इसकी घनी परतों में प्रवेश करने से पहले शटलकॉक खोला। "फ्रिगेट" से उन्हें केवल टाइटेनियम टैंक मिले, लेकिन दूसरी, व्यापक "कॉलर" की विफलता के बावजूद, कैप्सूल गिरने से बच गया। 2001 और 2002 में, दुर्भाग्यवश, उन्हें पेलोड नहीं मिला। 2005 की शुरुआत में, परीक्षण बेंच से संपर्क हुआ, जिसने प्लाज्मा क्लाउड में ब्रेकिंग के चरण को पारित कर दिया, लेकिन 23 सेकंड के बाद यह चुप हो गया और गिरावट के क्षेत्र में नहीं पाया जा सका। पूरी तरह से सफल परीक्षणों की कमी के बावजूद, एनजीओ के नाम पर बेबाकिन के नाम पर लावोकिना और एसआईसी की अवधारणा के लिए उच्च उम्मीदें हैं। महासागर के दूसरी ओर, नासा में, इसी तरह के प्रोजेक्ट LOTFID और HIAD-2 हैं।


त्वरण ब्लॉक "फ्रिगेट" "शटलकॉक" के साथ, जीएन के नाम पर अनुसंधान केंद्र का चित्रण। Babakina

चुनौती 2020

2020 में, केवल नासा रोवर ही नहीं, बल्कि रूसी-यूरोपीय एक्सोमार्स मॉड्यूल, जिसमें रोसलिंड फ्रैंकलिन रोवर और कोसैक प्लेटफॉर्म शामिल होंगे, मंगल पर जाएंगे। लैंडिंग प्लेटफ़ॉर्म की एक दिलचस्प विशेषता, 80% एनजीओ उन्हें बनाता है। लावोचकिना, दो पैराशूट हैं। सबसे पहले, सामान्य सुपरसोनिक प्रकार का डीजीबी खुल जाएगा, फिर, जब गति सबसोनिक हो जाएगी, तो दूसरा, 35 मीटर के व्यास वाला पैराशूट खुल जाएगा, जो मंगल के अध्ययन के इतिहास में सबसे बड़ा है।


ईएसए छवि

ताजा समाचार के अनुसार, हाल ही में एक परीक्षण के दौरान दोनों पैराशूट पर अंतराल दिखाई दिया। वे ब्रेकिंग के प्रयास को अपर्याप्त बनाने के लिए पर्याप्त नहीं थे, लेकिन समस्या, निश्चित रूप से, इसे ठीक करने की आवश्यकता है। सौभाग्य से, इसके लिए अभी भी समय है - एक्सोमार्स 2020 जून 2020 में उड़ान भरेगा।

निष्कर्ष

पैराशूट मुख्य रूप से उनके कम वजन के कारण प्रभावी रहते हैं। और भले ही SpaceX की स्टारशिप, जिसके लिए लैंडिंग के समय पंख और इंजन का उपयोग करना प्रस्तावित है, सफलतापूर्वक मंगल पर उतरना शुरू कर देता है, मानव रहित जांच लंबे समय तक सिद्ध प्रौद्योगिकियों का उपयोग करेगी - एक सुपरसोनिक पैराशूट प्लस एक अपेक्षाकृत गति से ब्रेक लगाना बड़े पैमाने पर इंजन में ब्रेक लगाने के बजाय विशेष रूप से ब्रेक लगाने से अधिक लाभप्रद है। सुपरसोनिक।

मूल संस्करण में प्रकाशित पोर्टल एन + 1 के लिए तैयार सामग्री।