Sob condições de naves espaciais que entram na atmosfera em velocidades hipersônicas, uma grande quantidade de calor é liberada, o que não apenas exige altas cargas térmicas nos materiais do veículo descendente, mas também leva à formação de plasma ao redor da SCA.
Isso bloqueia (ou distorce) os sinais de rádio - como resultado, a sonda não consegue se comunicar com suas estações terrestres por vários minutos.
A tarefa de garantir comunicações de rádio estáveis com naves espaciais é muito urgente.
Não menos relevante é o problema no aspecto militar: as forças estratégicas de mísseis de mísseis hipersônicos e ogivas ICBM. Por exemplo, para:
3M-22 (Zircon) / no modelo de demonstração fotográfica BrahMos-II, mas é improvável que o 3M-22 se destaque:
Objeto 4202 (Yu-71):
As comunicações de radar e rádio através de "tal" plasma não funcionam: a potência total de perdas de energia eletromagnética e radiação de ruído de rádio determina quase completamente a diminuição do potencial de energia do canal de rádio como um todo, aumenta significativamente e determina a perda de comunicação de rádio no caminho de descida.
O fenômeno da desconexão na entrada da atmosfera foi descoberto durante o projeto Mercury, e depois nos programas Gemini e Apollo. Ele se manifesta a uma altura de queda de cerca de 90 quilômetros e até uma marca de 40 quilômetros - como resultado do rápido aquecimento da superfície de uma cápsula que cai na atmosfera, uma nuvem de plasma é formada em sua superfície, que atua como uma espécie de tela eletromagnética.
O efeito é chamado (não oficialmente) Rádio Silêncio durante a reentrada no Fiery.
No final do filme
Apollo 13 , que apresenta uma missão lunar fracassada com três astronautas a bordo, os espectadores experimentam tensões associadas à sonda que entra na atmosfera da Terra. Foi nesse momento que a comunicação com o navio foi interrompida, e os operadores de vôo da American Houston começaram a fumar nervosamente nesses segundos infinitamente longos e dolorosos. Nesse momento, a espaçonave entra na atmosfera em uma segunda velocidade cósmica, o que a leva a ser cercada por ar ionizado quente, como resultado da interrupção da conexão com a Terra.
Para deixar mais claro, apresentarei um vídeo de como entrar na atmosfera do SKA Soyuz TMA-13M:
Como o exemplo mais relevante - a perda de comunicação e telemetria durante o teste lança o USAF X-51A Scramjet.
Várias tentativas foram feitas para resolver esse problema:1. A abordagem soviética (implementada).
- Emissores de microondas com direção fraca - antenas transportadas pelo ar com proteção térmica aquecida e material fundido para proteção térmica.
- Antenas de bordo com proteção térmica, cujos projetos originais apresentam uma sensibilidade reduzida de sua transparência de rádio aos efeitos do aquecimento aerodinâmico a alta temperatura.
- Métodos de AO de clareamento por rádio para condições de aquecimento aerodinâmico, proporcionando uma redução nas perdas na AO aquecida.
- O uso de antenas "longas" resistentes ao calor, retiradas do filme da bainha de plasma.
2. Abordagem chinesa (rascunho)
A amplificação do sinal, que pode ser criada por ressonância ou oscilações eletromagnéticas coordenadas, entre o invólucro do plasma e a aeronave circundante, uma camada especial. Os cientistas celestes sugerem a adição de uma "camada correspondente" para criar as condições ressonantes necessárias durante o vôo hipersônico normal.
Supõe-se que a camada correspondente funcionará como um capacitor em um circuito elétrico convencional. O invólucro de plasma, por outro lado, atua como um indutor, o que evita alterações na corrente elétrica que passa por ele. Quando um capacitor e um indutor são conectados juntos, eles podem formar um circuito ressonante.
Uma vez atingida a ressonância, a energia começará a circular de forma estável entre o plasma e a camada correspondente, como é o caso da capacitância e indutância convencionais em um circuito elétrico. Como resultado, o sinal de rádio recebido da Terra pode se propagar através da camada correspondente e da concha de plasma, como se eles não existissem .
Nota: para que essa abordagem funcione efetivamente, a espessura da camada correspondente e da concha de plasma deve ser menor que o comprimento das ondas eletromagnéticas usadas para se comunicar com a aeronave.
Como resultado, o método proposto não funcionará se a faixa de frequência das antenas estiver muito alta, como no momento.
3. Abordagem americana
Na era do ônibus espacial, o problema foi parcialmente resolvido com a forma de uma nave reutilizável. Seu design aerodinâmico deu origem a áreas com menor densidade de fluxo de plasma, o que permite uma comunicação limitada: um veículo descendente - um MCC em algumas partes da trajetória.Nota: fatores como o ângulo de entrada na atmosfera do veículo descendente, sua velocidade (geralmente Max 20-25) e sua forma aerodinâmica afetam a densidade do fluxo de gás ionizado.
O centro aeroespacial alemão (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), juntamente com pesquisadores da Universidade de Stanford (Universidade de Stanford, na Califórnia), realizou testes bem-sucedidos da nova tecnologia, que no futuro aliviará os astronautas da perda de comunicação ao entrar na atmosfera e possivelmente garantirá o funcionamento do ar. Localizadores GOS para mísseis ou ogivas hipersônicas.
Em janeiro de 2016, uma startup conjunta realizou experimentos com resultados positivos.
Para os testes, usamos o túnel de vento das tecnologias supersônicas e hipersônicas do Departamento DLR do Instituto de Aerodinâmica e Tecnologia de Fluxo em Colônia e um aquecedor de arco de alta potência para criar um plasma.
As condições reais dos testes foram recriadas com base em modelos matemáticos de cientistas americanos da Universidade de Stanford, liderados por Siddarth Krishnamoorthy. Um dispositivo de teste (simulador do módulo de descida), consistindo de um escudo térmico e um dispositivo de rádio transmissor resistente ao calor (transmissor), foi exposto a uma corrente de plasma aquecida a vários milhares de graus.
Uma antena para receber sinais de rádio foi instalada fora do fluxo de gás quente.
A essência da idéia: nas imediações da antena do transmissor, é gerado um campo de tensão negativa que repele a corrente de plasma ionizada (íons negativos e elétrons), abrindo assim uma janela no casulo do plasma para sinais de rádio.
Esta janela não pode existir aberta por um longo tempo, porque:
- O filme de plasma não é estacionário em relação ao objeto devido a altas taxas de fluxo.
- No plasma também existem íons carregados positivamente, que com "grande prazer" serão atraídos para o gerador de campo negativo.
Portanto, o campo está pulsando, a tensão é gerada em pulsos: a cada poucos milissegundos. Este intervalo é suficiente para permitir a transmissão e recepção de dados.
Até agora, o método de comunicação por rádio através de um invólucro de plasma usando um campo elétrico pulsado foi desenvolvido apenas em simulação numérica.
O próprio Krishnamurti ficou impressionado com a simplicidade e a rapidez da cooperação: "Em três meses, tivemos a oportunidade de testar nossa metodologia na prática e, ao mesmo tempo, recebemos dados e melhores práticas da DLR nessa área".
Ali Gulhan, presidente do Departamento de Tecnologia Supersônica e Hipersônica, tem uma opinião igualmente positiva: "A colaboração entre a DLR e a Universidade de Stanford é uma base ideal para resolver o problema de falha de comunicação com a sonda de descida".
A tecnologia de radiocomunicação será aprimorada e adaptada para uso não apenas em novas naves, mas também em naves espaciais existentes.
Alguns termos:
Janela da antena AO.
SKA (KA, SA) - nave espacial descendente (em variações)
GOS- cabeça de homing.
RGSN (ARGSN) - buscador de radar.
Documentos, fotos e vídeos usados:Melhorar a eficiência operacional dos sistemas de comunicação de engenharia de rádio a bordo de naves descendentes (tópico de dissertação e resumo da Comissão de Atestado Superior) 05/05/07, Candidato de Ciências Técnicas Cordero, Liborio)