Når Elon Musk fra SpaceX tweets noe interessant, genererer det en bølge av spenning. Så da han nylig twitret at SpaceX kanskje jobbet på en måte å hente øvre etapper av rakettene sine, satte det en kjede av fascinerte svar i gang.
SpaceX vil prøve å bringe rakettens øvre scene tilbake fra banehastigheten ved å bruke en gigantisk festballong
- Elon Musk (@elonmusk) 15. april 2018
SpaceX har hentet og gjenbrukt de nedre stadiene i noen tid nå, og det har senket kostnadene for å lansere nyttelast ut i verdensrommet. Men dette er det første hintet om at de kan prøve å gjøre det samme med øvre trinn.
Twitter-respondere ønsket å vite nøyaktig hva SpaceX har i tankene, og hva en "kjempefestballong" kan være. Musk har ikke utdypet enda, men en av hans Twitter-følgere hadde noe interessant å legge til.
Quinn Kupec, en student ved University of Marylands James Clark School of Engineering, twitret til Musk:
Hvis du foreslår det jeg tror du er, en ultra lav ballistisk inngangskoeffisient decelerator, bør du og @SpaceX komme for å se hva vi har på @UofMaryland. Vi har jobbet med dette en stund og nettopp ferdig med å teste pic.twitter.com/nJBvyUnzaK
- Quinn Kupec (@QuinnKupec) 16. april 2018
Space Magazine kontaktet Mr. Kupec for å se om han kunne hjelpe oss å forstå hva Musk kan ha fått til. Men først, litt bakgrunn.
En "ultra lav ballistisk inngangskoeffisient decelerator" er litt av en munnfull. Den ballistiske koeffisienten måler hvor godt et kjøretøy kan overvinne luftmotstand under flyging. En høy ballistisk koeffisient betyr at et kjøretøy som kommer inn igjen ikke mister hastigheten raskt, og vil nå jorden med høye hastigheter. En retardator med ultra lav ballistisk inngangskoeffisient ville miste hastigheten raskt, noe som betyr at et kjøretøy skulle kjøre i lave, subsoniske hastigheter før det når bakken.
For å gjenopprette en booster i det øvre trinn, er lave hastigheter ønskelige, siden de genererer mindre varme. Men ifølge Kupec er det et annet problem som må overvinnes.
“Hva skjer når disse sakene går nedover til landingshastigheter? Hvis tyngdepunktet ditt blir forskjøvet betydelig bak dragsenteret ditt, som det vil være tilfelle med et tilbake øvre trinn, kan det bli ustabilt. Hvis tyngdepunktet til kjøretøyet som kommer inn igjen er for høyt, kan det bli omvendt, noe som åpenbart ikke er ønskelig. "
Så trikset er å senke hastigheten på kjøretøyet som kommer inn igjen til det punktet der varmen som genereres av reentry ikke skader boosteren, og å gjøre det uten å føre til at kjøretøyet vendes eller på annen måte blir ustabilt. Dette er ikke et problem for boosters i hovedscenen som SpaceX nå rutinemessig gjenoppretter; de har sine egne retro-raketter for å lede deres nedstigning og landing. Men for øvre trinns boosters, som når orbital hastigheter, er det en hindring som må overvinnes.
"Forskningen min er spesielt fokusert på hvor høyt du kan skyve tyngdepunktet og fremdeles opprettholde riktig flykonfigurasjon," sa Kupec.
Men hva med den "gigantiske festballongen" som Musk twitret om?
Musk kan referere fargerike til det som kalles en ballute. Ordet er en kombinasjon av ordene ballong og fallskjerm. De ble oppfunnet på 1950-tallet av Goodyear Aerospace. De kan arrestere nedstigningen av inngangskjøretøyer og gi stabilitet under nedstigningen.
"... ballongen måtte være 120 fot i diameter, og laget av et høgtemperaturstoff ..." - Professor Dave Akin, University of Maryland
Space Magazine kontaktet professor Dave Akin ved University of Maryland for litt innsikt i Musks tweet. Professor Akin har jobbet med reentry-systemer i over to tiår.
I en e-postutveksling fortalte professor Akin: "Det har blitt foreslått konsepter for å utplassere en stor ballong på en kabel som blir slept bak deg ved innreise. Ballongen senker din ballistiske koeffisient, noe som betyr at du saktere høyere i atmosfæren og at varmebelastningen er mindre. ” Så nøkkelen er å skrubbe hastigheten før du kommer nærmere Jorden, der atmosfæren er tykkere og genererer mer varme.
Men ifølge professor Akin vil dette ikke nødvendigvis være enkelt å gjøre. "For å få de to størrelsesordenene i ballistisk koeffisient som Elon har snakket om ballongen, måtte det være 120 fot i diameter, og laget av et stoff med høy temperatur, så det kommer ikke til å være så lett."
Men Musks merittliste viser at han ikke viker unna ting som ikke er lett.
Å hente øvre rakettstadier handler ikke bare om å senke utskytningskostnadene, det handler også om romskrot. Det europeiske romfartsorganet anslår at det er over 29 000 deler av søppel som kretser rundt Jorden, og at noe av dette søppelet blir brukt av øvre trinn. Det har vært noen kollisjoner og ulykker allerede, med noen satellitter som ble presset inn i forskjellige baner. I 2009 kolliderte Iridium 33-kommunikasjonssatellitten og den nedlagte russiske Cosmos 2251-kommunikasjonssatellitten med hverandre og ødela begge. Hvis SpaceX kan utvikle en måte å hente sine øvre trinn boostere, betyr det mindre plass søppel og færre potensielle kollisjoner.
Det er en klar presedens for å bruke ballonger til å administrere gjenintroduksjon. Med folk som Professor Akin og Quinn Kupec som jobber med det, trenger ikke SpaceX å finne opp hjulet på nytt. Men de vil fortsatt ha mye arbeid å gjøre.
Musk twitret en annen ting kort tid etter sin "gigantiske festballong" -tweet:
Og så lande på et spretthus
- Elon Musk (@elonmusk) 16. april 2018
Ingen ord ennå om hva det kan bety.
Elon Musks “kjempefestballong” -tweet: https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Quinn Kupecs tweet: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872
