Sedikit lagi tentang penyelidikan Jepang

Suatu hari, pada 7 Desember 2015, pesawat penyidik ​​Akatsuki Jepang secara heroik memasuki orbit Venus setelah kecelakaan lima tahun lalu. Saya sudah menulis catatan tentang ini . Saya ingin menambah cerita dengan menceritakan tentang kecelakaan pada misi asli.



Dengan massa yang sangat sederhana sekitar 500 kg saat diluncurkan (misalnya, Soviet "Venus" memiliki massa satu hingga lima ton), penyelidikan Akatsuki membawa 6 instrumen ilmiah. Agar sesuai dengan seluruh beban kerja ilmiah dan meninggalkan ruang untuk sistem propulsi dengan bahan bakar, solusi teknis licik diterapkan. Dan tentu saja - ini adalah Jepang - mereka menggunakan teknologi inovatif dengan kekuatan dan utama.

Salah satu solusi konstruktif untuk menghemat massa adalah kombinasi parsial dari sistem propulsi shunting dan marching (idenya sendiri bukan tangki bahan bakar gabungan baru untuk sistem orientasi dan manuver utama telah digunakan di kapal Soyuz sejak 1986 - tetapi tidak pada semua kendaraan). Pada kebanyakan pesawat ruang angkasa, mesin orientasi beroperasi secara terpisah dari mesin berbaris. Dalam hal ini, mesin orientasi biasanya berjalan pada bahan bakar komponen tunggal - itu adalah gas terkompresi (nitrogen terkompresi sering digunakan dalam program luar angkasa USSR), atau zat yang tidak terlalu stabil secara kimiawi yang terurai dengan pelepasan panas pada katalis (sering digunakan hidrogen peroksida atau turunan hidrazin). Dalam mesin berbaris, campuran bahan bakar-oksidator biasanya digunakan, karena efisiensi (dorongan spesifik) dari campuran seperti itu lebih tinggi,dari bahan bakar komponen tunggal. Campuran turunan hidrazin dengan nitrogen tetroksida N biasanya dibebankan ke pesawat ruang angkasa antarplanet.₂ O ₄ . Kedua zat ini dapat disimpan dalam waktu lama dalam kondisi cair pada suhu tinggi, dan campurannya secara spontan terbakar. Dengan demikian, dua masalah dihilangkan sekaligus - komponen bahan bakar tidak mendidih selama perjalanan antarplanet bahkan tanpa isolasi termal yang serius, dan juga tidak perlu khawatir tentang sistem pengapian kompleks dan berpotensi tidak dapat diandalkan yang beroperasi dalam ruang hampa udara. Para perancang "Akatsuki" memutuskan untuk menggunakan bahan bakar yang sama - hidrazin - dari tangki yang sama dalam sistem orientasi bahan bakar tunggal, dan dalam mesin berbaris menggunakan bahan bakar dua komponen. Keputusan ini memungkinkan untuk menyelamatkan perangkat.

Teknologi inovatif adalah pembuatan nosel mesin menggunakan keramik tahan panas - silikon nitrida Si ₃ N ₄bukannya paduan tanah jarang mahal. Mesin terkena beban termal yang tinggi selama operasi, untuk mendinginkan campuran bahan bakar disuplai diperkaya dengan bahan bakar, bahan bakar "berlebih" disuntikkan di sepanjang dinding, agak mendinginkan dinding, menguap, dan lapisan uap yang dihasilkan mencegah mereka dari pemanasan (lihat gambar.)



FC adalah " Pendinginan Film ”, pendinginan film.

Bahan bakar dan oksidator dipasok ke mesin dengan meningkatkan tangki. Ini berarti bahwa tangki bantu dengan gas terkompresi (dalam hal ini, helium) terhubung ke tangki melalui katup khusus, tekanan yang menciptakan aliran fluida ke mesin dan mencegah aliran balik (yang terjadi karena tekanan tinggi selama pembakaran). Tingkat bukaan katup dikontrol oleh komputer on-board sehingga aliran bahan bakar dan oksidan dijaga konstan selama operasi mesin.

Jadi, pada 7 Desember 2010, mesin probe berbaris dengan nosel keramik unik dihidupkan dan bekerja selama 12 menit untuk memasuki orbit Venus. Jadi, probe kehilangan kontak dengan Bumi (seperti yang direncanakan, manuver dijadwalkan untuk saat perangkat ditutup oleh Venus) dan menyalakan mesin. Ketika ia tidak menghubungi Bumi pada waktu yang ditentukan, mereka terkejut di MCC. Ketika dimungkinkan untuk menyambung kembali dan menerima telemetri, alasan penolakan dengan cepat menjadi jelas.



Berikut ini adalah grafik akselerasi peralatan selama operasi mesin. Satu hal segera terlihat: dengan dorongan konstan, akselerasi akan meningkat, karena massa aparatur berkurang dengan pembakaran bahan bakar. Mereka dengan cepat menyadari bahwa aliran salah satu komponen bahan bakar terganggu, yang menyebabkan penurunan traksi.

Yakni, aliran bahan bakar mulai menurun. Ini karena korosi pada katup penambah dari uap hidrazin. Sumbat garam mencegah katup dari membuka sepenuhnya, menghasilkan penurunan tekanan di tangki bahan bakar saat bahan bakar meninggalkannya. Jadi, bahan bakar juga mengalir ke ruang bakar lebih dan lebih lambat, yang menyebabkan draft turun. Tetapi penurunan traksi tidak menakutkan dengan sendirinya, dalam hal apa pun, otomatisasi diprogram untuk mematikan mesin hanya setelah menerima kenaikan kecepatan yang diberikan. Dengan dorongan rendah, manuver hanya akan memakan waktu lebih lama. Masalahnya adalah bahwa campuran yang mudah terbakar tidak lagi diperkaya dengan bahan bakar, yang berarti bahwa pendinginan dinding dengan hidrazin yang tidak terbakar berhenti bekerja. Setelah 152 detik, sesuatu terjadi pada mesin yang mengurangi daya dorongnya.

Telemetri dari sensor kecepatan sudut menunjukkan bahwa tepat pada saat itu alat mulai berputar, yang menunjukkan asimetri traksi. Jadi, dorong jatuh dan komponen samping muncul di dalamnya. Apa yang bisa terjadi? Jelas, bagian dari aliran jet menghantam ke samping. Jika nozzle itu dari logam, maka kemungkinan besar terjadi burnout - bagian dari aliran jet akan terlempar ke samping melalui lubang kecil yang terbakar. Tapi itu adalah keramik berteknologi tinggi, yang segera pecah menjadi potongan besar.



Di sebelah kiri adalah nozzle orang sehat di dalam peralatan, di sebelah kanan ada nozzle yang terkelupas.

Ketika kecepatan rotasi mencapai nilai kritis 12 derajat per detik, otomatisasi on-board akhirnya menyadari bahwa "ada sesuatu yang salah" dan mematikan mesin, sebagai akibatnya, probe menyusuri lintasan terbang di sekitar Venus alih-alih memasuki orbit.

Dalam pengujian di darat, dimungkinkan untuk mereproduksi penurunan daya dorong ketika pasokan gas ke boost terputus, dan nozzle dipanaskan dan diputus saat bekerja dengan penipisan bahan bakar. Masih belum jelas hanya seberapa besar kerusakannya. Jika sepotong kecil pecah, maka pada pendekatan berikutnya adalah mungkin untuk memasuki orbit dalam beberapa mesin pendek dimulai, setelah masing-masing menangkis rotasi mesin orientasi (ingat "Way to the Amalthea" karya Strugatsky). Sayangnya, uji coba mesin mulai menunjukkan daya dorong hanya 10% dari nominal, yang berarti hanya satu hal - nozzle jatuh sepenuhnya. Namun demikian, balistik berhasil menemukan jalan keluar - dengan mengarahkan alat ke arah yang benar dan mengeringkan oksidator, yang menjadi pemberat, peningkatan kecepatan diperoleh, kemudian manuver dibawa ke ujung oleh mesin orientasi. Ini memungkinkan lima tahun untuk kembali mendekati target.Kemudian, sisa hidrazin digunakan sebagai bahan bakar komponen tunggal untuk mesin orientasi, dan Akatsuki berhasil memasuki orbit, meskipun tidak cukup yang awalnya direncanakan.

Sebagai hasilnya, sangat menyenangkan bahwa satu penyelamatan ajaib dari pesawat ruang angkasa menjadi lebih banyak, dan kita belajar sedikit lebih baru tentang alam semesta. Kali ini, untungnya, penyelidikan akan dapat hampir sepenuhnya memenuhi program yang dikandung semula, dan ada juga kesempatan untuk menjelajahi Venus dengan kamera IR dan UV baru tidak hanya dari dekat, tetapi juga dari jarak jauh - ini dapat memberikan hasil yang paling tak terduga. Mari kita berharap bahwa teknologi ilmiah tidak gagal, dan tim "Akatsuki" sedang menunggu banyak penemuan baru.

Bahan dan gambar diambil dari artikel http://www.thespacereview.com/article/2822/1 .
Saya berterima kasih kepada Shubinpavel dengan sepenuh hati untuk buku yang luar biasa , dari mana saya belajar tentang rencana "upaya kedua" dua hari sebelumnya.

Source: https://habr.com/ru/post/id387739/