에어로셸

Aeroshell
바이킹 1호 에어로셸

에어로셸은 우주선의 감속을 돕고 대기권 진입 시 드래그에 의해 발생할 수 있는 압력, 열 및 이물질로부터 보호하는 견고한 차열 쉘입니다(무딘 차체 이론 참조).주요 구성 요소는 히트 실드(전체)와 백 셸로 구성됩니다.열 차폐는 우주선 전면의 대기권 진입 시 공기 압축으로 인한 열을 흡수합니다.등껍질은 낙하산, 로켓 엔진, 낙하산 하강 시 껍데기의 방향을 감시하는 관성 측정 장치와 같은 모니터링 전자 장치와 함께 전달되는 하중을 운반합니다.

그것의 목적은 우주선의 비행의 EDL, 즉 진입, 하강, 착륙 과정에서 사용된다.첫째, 에어로셸은 행성의 대기를 통과하면서 우주선을 감속시키고 매우 빠른 궤도 속도의 운동 에너지를 반드시 소멸시켜야 한다.열 차폐는 이 에너지의 일부를 흡수하는 반면, 많은 에너지가 대기 가스로 방출되는데, 대부분 방사선에 의해 방출된다.강하 후반기에는 일반적으로 낙하산이 전개되고 방열판이 분리된다.로켓은 제어에 도움이 되거나 역추진적으로 느린 강하를 위해 후면 쉘에 배치될 수 있다.에어백은 또한 지면과의 충격을 완충하기 위해 팽창될 수 있으며, 이 경우 우주선은 첫 번째 충돌 후에 행성의 표면에서 튕겨 나올 수 있다.대부분의 경우 프로세스 전체의 통신은 후속 [1]전송을 위해 중계 또는 기록됩니다.

에어로셸은 대기가 있는 물체 표면에 온전하게 착륙해야 하는 우주 탐사선의 핵심 부품입니다.그것들은 (우주왕복선 열 보호 시스템을 에어로셸로 간주할 경우) 지구로 페이로드를 반송하는 모든 임무에 사용되었습니다.그것들은 또한 화성, 금성, 타이탄으로 가는 모든 착륙 임무와 목성으로 가는 갈릴레오 탐사선에도 사용된다.

구성 요소들

에어로셸은 두 가지 주요 구성 요소, 즉 에어로셸 전면에 위치한 히트 실드 또는 프론트 바디와 에어로셸 [2]뒤쪽에 위치한 백 쉘로 구성됩니다.에어로셸의 방열판은 우주선이 대기권 진입하는 동안 램 방향(전방)을 향하고 있어 우주선 앞쪽의 공기가 압축되어 발생하는 높은 열을 흡수할 수 있습니다.백셸은 payload의 캡슐화를 위한 파이널라이저로 기능합니다.백셸에는 일반적으로 낙하산, 폭약식 장치, 전자 장치 및 배터리, 관성 측정 장치 및 특정 임무의 진입, 하강 및 착륙 [2]시퀀스에 필요한 기타 하드웨어가 포함됩니다.낙하산은 등껍질 꼭대기에 위치해 있으며 EDL 동안 우주선의 속도를 늦춥니다.폭약식 제어 시스템은 너트, 로켓, 낙하산 모르타르와 같은 장치를 방출합니다.관성 측정 장치는 낙하산 아래에서 흔들리는 동안 백 셸의 방향을 보고합니다.역추진 로켓이 장착된 경우, 우주선 차량의 최종 강하 및 착륙을 지원할 수 있다. 대체 또는 추가로 착륙선은 (백셸을 투하한 후) 말기 강하 및 착륙 사용을 위해 자신의 몸에 역추진 로켓을 장착할 수 있다.다른 로켓은 후면 셸에 수평 힘을 제공하기 위해 장착될 수 있으며, 주 역방향 로켓 [3]연소 중에 후면 셸이 더 수직 위치로 향하도록 도울 수 있습니다.

설계 요인

우주선의 임무 목표는 임무의 성공을 보장하기 위해 필요한 비행 요건을 결정한다.이러한 비행 요건은 감속, 가열, 충격 및 착륙 정확도이다.우주선은 비행체의 가장 약한 지점을 그대로 유지할 수 있을 정도로 감속도가 낮아야 하지만, 반동하지 않고 대기권을 통과할 수 있을 정도로 높아야 한다.우주선 구조와 적재물 질량은 그것이 견딜 수 있는 최대 감속도에 영향을 미친다.이 힘은 지구의 중력 가속도인 "g"로 표현됩니다.구조가 충분히 잘 설계되고 견고한 재료(예: 강철)로 만들어지면 더 많은 양의 g를 견딜 수 있습니다.단, payload를 검토할 필요가 있습니다.단지 우주선의 구조가 높은 g를 견딜 수 있다고 해서 그것의 탑재물이 견딜 수 있다는 것을 의미하지는 않는다.예를 들어, 우주 비행사 한 명은 12g, 즉 12배의 무게만 견딜 수 있다.이 기준보다 큰 값은 사망의 원인이 됩니다.극초음속 대기권 진입으로 인한 엄청난 마찰로 인한 고온에도 견딜 수 있어야 한다.마지막으로 대기권을 뚫고 목표물을 놓치지 않고 정확하게 지형에 착륙할 수 있어야 한다.더 좁은 착륙 구역은 더 엄격한 정확성을 요구한다.이러한 경우, 우주선은 보다 능률적이고 더 가파른 재진입 궤적을 갖게 될 것이다.이러한 요소들이 결합되어 우주선이 대기권 밖으로 불타거나 반동을 피하기 위해 이동해야 하는 구역인 재진입 복도에 영향을 미친다.위의 모든 요건은 우주선의 구조와 궤적의 고려, 설계 및 조정을 통해 충족된다.

에어로셸의 전체적인 역학관계는 관성력과 항력력에 의해 영향을 받는다. 여기서 m은 에어로셸의 질량 및 각각의 하중으로 정의되고 CdA는 에어로셸이 자유류 조건 동안 생성할 수 있는 항력의 양으로 정의된다.전체적으로 β는 질량을 드래그력으로 나눈 값(단위 드래그 면적당 mas)으로 정의된다.단위 항력 면적당 질량이 크면 대기 중 낮고 밀도가 높은 지점에서 에어로셸 진입, 하강 및 착륙이 발생하며 또한 착륙을 위한 상승 능력과 타임라인 여유도 감소한다.EDL 중에 증가하는 요인에는 열부하와 속도가 포함됩니다.이것에 의해, 시스템은 열부하의 증가에 대응할 수 있게 됩니다.이 상황은 열부하 증가로 인해 에어로셸의 지지구조 및 열보호시스템(TPS)이 무거워지기 때문에 진입, 하강 및 착륙의 유용한 착륙질량 능력을 감소시킵니다.높은 드래그 고도를 유지하기 위해서는 정적 안정성도 고려해야 합니다.따라서 무딘 차체가 아닌 스윕 에어로셸 차체가 필요합니다. 이전 형상은 이 요소의 존재를 보장하면서도 드래그 면적을 줄여줍니다.따라서 에어로셸의 형태 설계에 영향을 미치는 드래그와 안정성 사이에 트레이드오프가 발생합니다.리프트 대 드래그 비율도 고려해야 할 요인입니다.리프트 투 드래그 비율의 이상적인 수준은 [4]0이 아닙니다.

행성 진입 낙하산 프로그램

화이트 샌즈 미사일 사거리 미사일 파크에 공개 전시된 USAF 에어로셸 "비행접시"

1966년에 시험된 NASA의 행성 진입 낙하산 프로그램은 보이저 화성 착륙 프로그램을 위한 낙하산을 시험하기 위해 만들어졌다.얇은 화성 대기를 시뮬레이션하기 위해, 낙하산은 지구 위 16만 피트(49,000 미터) 이상의 고도에서 사용되어야 했다.뉴멕시코주 로즈웰에서 발사된 풍선이 에어로셸을 들어올리기 위해 사용되었다.그 후 풍선은 화이트 샌즈 미사일 사거리까지 서쪽으로 떠내려갔고, 거기서 차량이 떨어졌고, 차량 아래에 있는 엔진들이 낙하산이 배치된 곳으로 그것을 필요한 고도로 끌어올렸다.

보이저 프로그램은 나중에 취소되었고, 몇 년 후 훨씬 더 작은 바이킹 프로그램으로 대체되었다.나사는 보이저 1호와 보이저 2호 탐사선을 화성 보이저 프로그램과는 무관한 외부 행성에 대한 보이저 이름을 다시 사용했다.

저밀도 초음속 감속기

저밀도 초음속 감속기(LDSD)는 행성 [5]대기를 통해 진입하는 동안 감속하기 위해 대기 항력을 생성하도록 설계된 우주 비행체이다.그것은 본질적으로 부풀릴 수 있는 도넛 모양의 풍선이 바깥에 있는 원반 모양의 차량이다.이런 유형의 시스템을 사용하면 payload가 증가할 수 있습니다.

그것은 화성에 착륙하기 전에 우주선이 감속하는 것을 돕기 위해 사용된다.이는 풍선을 차량 주위로 부풀려 표면적을 늘리고 대기 항력을 발생시킴으로써 이루어집니다.충분한 감속 후 긴 테더의 낙하산이 전개되어 차량의 속도를 더욱 늦춥니다.

이 자동차는 나사의 제트 추진 [6]연구소에 의해 개발되고 테스트되고 있다.마크 애들러는 프로젝트 [7]매니저입니다.

2014년 6월 시험 비행

2014년 시험 비행 영상

시험 비행은 2014년 6월 28일 18:45 UTC(현지 [7]시간 08:45)에 하와이 카우아이(kauaii)에 있는 미 해군의 태평양 미사일 사거리 시설에서 발사되었다.112만 입방미터(3957만 cuft)[6]의 부피를 가진 고공 헬륨 풍선이 이 차량을 약 37,000미터(12만 [8]ft)까지 끌어올렸다.21:05 UTC(현지 [7]시간 11:05)에 차량이 분리되었고,[8] 4개의 소형 고체 연료 로켓 모터가 차량을 회전시켜 안정성을 제공했습니다.

회전 후 0.5초 후에 차량의 Star 48B 고체 연료 모터가 점화되어 차량의 동력이 마하 4에 도달하고 약 55,000m(180,[8]000ft)의 고도에 도달했습니다.로켓이 소실된 직후,[6] 4개의 로켓 모터가 추가로 차량을 배출한다.마하 3.8로 감속할 때, 6미터(20피트) 튜브 모양의 Supersonic Inflatable Airdynamic Delerator(SIAD-R 구성)가 [8]전개되었습니다.SIAD는 선행측 표면적을 증가시켜 감속률을 증가시킴으로써 차량의 대기 [9]항력을 증가시키는 것을 목적으로 한다.

마하 2.5까지 감속하자(SIAD[6] 배치 후 약 107초 후), 초음속 디스크 세일(SSDS) 낙하산이 전개되어 차량의 속도를 [8]더 늦췄다.이 낙하산은 지름이 33.5미터(110피트)로 화성과학연구소 [10]임무에 사용된 낙하산보다 두 배 가까이 크다.그러나 전개 [11]후 파열되기 시작했고, 이 차량은 시속 32~48km(20~30mph)[7][12]로 이동하는 태평양에 충돌했습니다.모든 하드웨어 및 데이터 레코더가 [9][12]복구되었습니다.낙하산 사고에도 불구하고, 이 임무는 성공으로 선언되었다. 1차 목표는 시험 비행체의 비행 가치를 증명하는 것이었고, SIAD와 SSDS는 2차 [9]실험이었다.

2015년 시험 비행

2015년 중반 태평양 미사일 사거리 시설에서 LDSD 시험비행이 두 차례 더 실시될 예정이다.2014년 [12]테스트에서 얻은 교훈을 반영하여 8m(26ft) SIAD-E 및 SSDS 기술에 초점을 맞출 예정입니다.낙하산을 위해 계획된 변경에는 더 둥근 모양과 구조 [11]보강이 포함됩니다.재진입 직후 낙하산이 [13]찢어졌다.

갤러리

레퍼런스

  1. ^ "Returning from Space: Re-Entry" (PDF). Federal Aviation Administration. U.S. Department of Transportation. Archived from the original (PDF) on 19 March 2015. Retrieved 12 April 2015.
  2. ^ a b "Aeroshells: Keeping Spacecraft Safe". Lockheed Martin. Retrieved 2019-12-02.
  3. ^ "Mars Exploration Rover Mission: The Mission". mars.nasa.gov. Retrieved 2019-12-02.
  4. ^ "Hypersonic Entry Aeroshell Shape Optimization" (PDF). Solar System Exploration. NASA. Archived from the original (PDF) on 27 April 2015. Retrieved 12 April 2015.
  5. ^ Erdman, Shelby Lin; Botelho, Greg (June 29, 2014). "NASA tests flying saucer craft for future manned mission to Mars". CNN.com. Retrieved August 12, 2014.
  6. ^ a b c d "Press Kit: Low-Density Supersonic Decelerator (LDSD)" (PDF). NASA.gov. May 2014. Retrieved August 12, 2014.
  7. ^ a b c d Carney, Emily (July 1, 2014). "NASA's Low-Density Supersonic Decelerator Test Flight Hailed as a Success". AmericaSpace. Retrieved August 12, 2014.
  8. ^ a b c d e Parslow, Matthew (June 28, 2014). "LDSD passes primary technology test but suffers chute failure". NASA Spaceflight. Retrieved August 12, 2014.
  9. ^ a b c McKinnon, Mika (June 29, 2014). "A Successful First Flight for of the Saucer Test Vehicle over Hawaii". io9.com. Retrieved August 12, 2014.
  10. ^ Chang, Alicia (June 1, 2014). "NASA to test giant Mars parachute on Earth". Las Vegas Review-Journal. Associated Press. Retrieved August 12, 2014.
  11. ^ a b Boyle, Alan (August 8, 2014). "Flying Saucer Videos Reveal What Worked and What Didn't". NBC News. Retrieved August 12, 2014.
  12. ^ a b c Rosen, Julia (June 30, 2014). "NASA Mars test a success. Now to master the parachute". Los Angeles Times. Retrieved August 12, 2014.
  13. ^ Allman, Tim (June 9, 2015). "Parachute on Nasa 'flying saucer' fails in test". BBC. Retrieved June 9, 2015.