كيف تهبط الصواريخ على الأرض؟ التكنولوجيا المذهلة المتضمنة

المحيط مقبرة صاروخية. حطام الآلاف من الصواريخ والأقمار الصناعية والمكوكات المحترقة تتناثر في قاع المحيط. إعادة استخدام الصواريخ تعني نفايات أقل وتكلفة أقل والقدرة على العودة من وجهة أسهل بكثير.

إن رؤية المركبة الفضائية وهي تهبط بسهولة وتقلع مرة أخرى أمر رأيناه ألف مرة في الأفلام. الآن نراه في الحياة الواقعية أيضًا. أطلقت سبيس إكس الآن بنجاح وهبطت أكثر من 50 صاروخًا منذ أن بدأت المحاولة في عام 2015.

إذن ، كيف يمكن للصواريخ أن تهبط مرة أخرى على الأرض؟ ستغطي هذه المقالة التكنولوجيا المذهلة التي تقف وراء الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام.

تحديات هبوط الصواريخ

هناك العديد من التحديات مع هبوط الصواريخ ، حتى عندما تكون قابلة لإعادة الاستخدام جزئيًا.

• الوقود: للهروب من الغلاف الجوي للأرض ، يجب أن يضرب الصاروخ 17500 ميل في الساعة بشكل لا يصدق ، والمعروف باسم سرعة الهروب. هذا يتطلب كمية هائلة من الوقود. عادة ما يكون الوقود عبارة عن أكسجين سائل باهظ الثمن. لإسقاط صاروخ بنجاح ، هناك حاجة إلى وقود احتياطي.
• الحماية الحرارية: من أجل إعادة الاستخدام الحقيقية ، يجب أن يكون الصاروخ بأكمله مزودًا بحماية حرارية ، وهو شيء يُترك عادةً فقط للجزء الذي سيتراجع إلى الأرض. هذا يمنع أجزاء من الصاروخ من التلف أو التدمير عند عودته إلى الغلاف الجوي للأرض. هذا صحيح أيضا ل
  instagram viewer
  صواريخ موجهة نحو المريخ.
• معدات الهبوط: يتطلب الصاروخ أيضًا معدات هبوط. يجب أن يكون هذا خفيف الوزن قدر الإمكان مع الحفاظ على القوة المطلوبة لدعم الصاروخ الضخم (فالكون 9 ، أحد صواريخ سبيس إكس ، يزن 550 طنًا).
• وزن: كلما كانت المركبة الفضائية أثقل ، زادت الحاجة إلى مزيد من الوقود ، وستكون إعادة الدخول أكثر صعوبة. تضيف خزانات الوقود الفارغة مقاومة ووزنًا للصاروخ ، ولهذا السبب عادةً ما يتم إسقاط خزانات الوقود والسماح لها بالاحتراق في الغلاف الجوي. علاوة على ذلك ، ستضيف الحماية الحرارية ومعدات الهبوط وزنًا كبيرًا.

كما ذكرنا ، تمكنت SpaceX من إدارة هذا العمل الفذ المذهل عدة مرات الآن. إذن ما هي التكنولوجيا المدهشة وراء الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام؟

طباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد إحداث ثورة في الصناعات في جميع أنحاء العالم ، وليس أقلها التكنولوجيا وراء الصواريخ. في الواقع ، أصبحت بعض الصواريخ الآن مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد بالكامل تقريبًا.

تتمثل إحدى ميزات الطباعة ثلاثية الأبعاد في أن المهندسين يمكنهم إنتاج أجزاء أقل بشكل عام. يمكن أن تكون الأجزاء المطبوعة أكثر تعقيدًا ولا تحتاج إلى أدوات تصنيع باهظة الثمن وفريدة من نوعها لكل جزء. هذا يقلل من تكلفة بناء الصواريخ ويزيد من كفاءة عملية التصنيع.

تعني الطباعة ثلاثية الأبعاد لخزانات الوقود أنك لست بحاجة إلى طبقات في المعدن - وهي نقطة ضعف نموذجية يمكن أن تسبب مشاكل في الصواريخ. الميزة الرئيسية الأخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد هي القدرة على إنتاج أجزاء بصرية من مواد خفيفة الوزن ، مما يقلل الوزن الإجمالي للصواريخ.

Retropropulsion والتوجيه

لكي يهبط صاروخ ، يجب أن يكون الدفع إلى الوراء أكبر من وزن الصاروخ. يجب أيضًا توجيهه ، مما يعني أن الدفع اتجاهي ويمكن استخدامه لتثبيت هبوط الصاروخ.

لكي يثبت الارتداد الرجعي للصاروخ ، يجب أن يكون لديه معلومات دقيقة للغاية حول موضع الصاروخ وارتفاعه وزاويته. يتطلب ذلك أنظمة عالية التقنية توفر قياسات دقيقة في الوقت الفعلي مع تغذية مرتدة مباشرة للدوافع. تسمى هذه أنظمة التحكم في التفاعل (RCS).

أنظمة التحكم في التفاعل

يوفر RCS كميات صغيرة من الدفع في عدة اتجاهات للتحكم في ارتفاع ودوران الصاروخ. ضع في اعتبارك حقيقة أن الدوران يمكن أن يشمل التدحرج والميل والانعراج ، وأنه سيتعين على RCS منع كل ذلك في وقت واحد مع التحكم أيضًا في هبوط الصاروخ.

يستخدم RCS عدة دفعات موضوعة في تكوين مثالي حول الصاروخ. التحدي الرئيسي مع الدفاعات هو ضمان الحفاظ على الوقود.

أحد الأمثلة على ذلك هو نظام صاروخ ميرلين من سبيس إكس. هذه مجموعة من 10 محركات منفصلة يتم التحكم فيها بواسطة نظام تحكم ثلاثي التكرار. يحتوي كل محرك من المحركات العشرة على وحدة معالجة ، وتستخدم كل وحدة معالجة ثلاثة أجهزة كمبيوتر تراقب بعضها البعض باستمرار لتقليل فرصة حدوث أخطاء بشكل كبير.

يستخدم محرك Merlin RP-1 (كيروسين عالي النقاء) وأكسجين سائل كوقود دفع. يمكن لأحدث إصدار من المحرك أن يخنق (يتحكم في مقدار الطاقة التي يستخدمها) حتى 39٪ من أقصى قوة دفعه ، وهو أمر ضروري للتحكم عالي المستوى عند هبوط الصاروخ.

زعانف الشبكة

تُستخدم زعانف الشبكة لتوجيه الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام مثل Falcon 9 إلى موقع هبوطها. تم اختراع زعانف الشبكة في الخمسينيات من القرن الماضي ، واستخدمت في العديد من الصواريخ.

تشبه الزعانف الشبكية هرسات البطاطس التي تخرج بزاوية عمودية من الصاروخ. يتم استخدامها لأنها تسمح بمستوى عالٍ من التحكم في تحليق الصواريخ بسرعات تفوق سرعة الصوت وتجاوز سرعة الصوت. في المقابل ، تسبب الأجنحة التقليدية موجات صادمة وتزيد من السحب عند هذه السرعات الأعلى بكثير.

نظرًا لأن الزعانف الشبكية تسمح بتدفق الهواء عبر الزعنفة نفسها ، فإن سحبها أقل بكثير ، بينما يمكن تدوير الصاروخ أو تثبيته عن طريق تدوير الزعنفة أو تحريكها تمامًا مثل الجناح ، ولكن بشكل أكثر كفاءة.

سبب آخر لاستخدام غرامات الشبكة هو أنه مع الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، فإنها تقنيًا تطير للخلف عند هبوطها. هذا يعني أن الأطراف الأمامية والخلفية للصاروخ يجب أن تكون متشابهة تمامًا بحيث يمكن التحكم فيها في أي اتجاه.

معدات الهبوط

من الواضح أن الصاروخ القابل لإعادة الاستخدام سيحتاج إلى نوع من معدات الهبوط. يجب أن تكون هذه خفيفة الوزن بما يكفي لعدم زيادة كمية الوقود المطلوبة بشكل كبير للطيران والعودة ، ولكن أيضًا قوية بما يكفي لتحمل وزن الصاروخ.

حاليًا ، تستخدم صواريخ سبيس إكس 4 أرجل هبوط مطوية على جسم الصاروخ أثناء الطيران. ثم يتم طيها باستخدام الجاذبية قبل الهبوط.

ولكن ، صرح إيلون ماسك في يناير 2021 أنه بالنسبة لأكبر صاروخ سبيس إكس على الإطلاق ، معزز سوبر هيفي ، فإنهم سوف يهدفون إلى "التقاط" الصاروخ باستخدام ذراع برج الإطلاق. سيؤدي ذلك إلى تقليل وزن الصاروخ لأنه لن يحتاج إلى أرجل هبوط.

يعني الهبوط في برج الإطلاق أيضًا أن الصاروخ لن يحتاج إلى النقل لإعادة استخدامه. بدلاً من ذلك ، ستحتاج فقط إلى إعادة تجهيزها وتزويدها بالوقود في مكانها.

هذا ليس كل شيء

كانت الصواريخ تقلع وتطير في الفضاء منذ عقود ، لكن إعادتها بأمان إلى الأرض لإعادة استخدامها تطلب العديد من الاختراقات التكنولوجية.

لم نتمكن من تغطية جميع التقنيات المدهشة المستخدمة في الصواريخ التي يمكن أن تهبط على الأرض ، لكننا نأمل أن تكون قد تعلمت شيئًا جديدًا في هذه المقالة! تتوسع تكنولوجيا رحلات الفضاء بسرعة ، ومن المثير التفكير فيما قد يكون ممكنًا في غضون بضع سنوات قصيرة.

كيف تشاهد إطلاق SpaceX مباشرة

هل تريد اللحاق برحلة SpaceX القادمة إلى الفضاء؟ هنا حيث يمكنك مشاهدة الإطلاق التالي.

اقرأ التالي

نبذة عن الكاتب