VTVL
Pionowy start, pionowe lądowanie ( VTVL ) to forma startu i lądowania rakiet. Wiele statków VTVL latało. Najbardziej znaną i odnoszącą sukcesy komercyjne rakietą VTVL jest pierwszy stopień Falcon 9 firmy SpaceX. [ potrzebne źródło ]
Technologie VTVL zostały w dużej mierze rozwinięte przy użyciu małych rakiet po 2000 roku, częściowo dzięki konkursom z nagrodami motywacyjnymi , takim jak Lunar Lander Challenge . Udane małe rakiety VTVL zostały opracowane przez Masten Space Systems , Armadillo Aerospace i inne.
Począwszy od połowy 2010 roku, VTVL był intensywnie rozwijany jako technologia rakiet wielokrotnego użytku, wystarczająco dużych, aby transportować ludzi . W 2013 roku SpaceX zademonstrował pionowe lądowanie prototypu Falcona 9 po wzniesieniu się na wysokość 744 metrów. Później Blue Origin ( New Shepard ) i SpaceX ( Falcon 9 ) zademonstrowały odzyskanie pojazdów nośnych po powrocie na miejsce startu (RTLS), z rakietą wspomagającą New Shepard firmy Blue Origin, która wykonała pierwsze udane pionowe lądowanie 23 listopada 2015 r., po locie, który dotarł w przestrzeń kosmiczną, oraz lot 20 Falcon 9 firmy SpaceX oznaczający pierwsze lądowanie komercyjnego wzmacniacza orbitalnego mniej więcej miesiąc później, 22 grudnia 2015 r. Wszystkie wystrzelenia rakiety Falcon Heavy przez SpaceX obejmowały próby VTVL dla dwóch bocznych dopalaczy w każdej rakiecie. SpaceX planuje również rakietę w pełni wielokrotnego użytku o nazwie Starship .
Rakiet VTVL nie należy mylić ze statkami powietrznymi, które startują i lądują pionowo, wykorzystując powietrze do wsparcia i napędu, takimi jak helikoptery i odrzutowce, które są samolotami VTOL .
Historia
- 1961 Bell Rocket Belt , zademonstrowano osobisty pas rakietowy VTVL.
- Koncepcje rakiet VTVL były badane przez Philipa Bono z Douglas Aircraft Co. w latach sześćdziesiątych XX wieku.
- Apollo Lunar Module był dwustopniowym pojazdem VTVL z lat 60. XX wieku do lądowania i startu z Księżyca.
- Australijska Grupa ds. Nauki i Technologii Obronnej z powodzeniem wystrzeliła rakietę Hoveroc 2 maja 1981 r. Podczas testu w Port Wakefield w Australii Południowej. Był zdolny do „kontrolowanego toru lotu w płaszczyźnie poziomej i zakończenia, w razie potrzeby, kontrolowanym zniżaniem”.
- Związek Radziecki wykonał pewne prace rozwojowe nad pionowo lądującą kapsułą z załogą o nazwie Zarya , ale nigdy nie latał .
- McDonnell Douglas DC-X był prototypowym pojazdem nośnym SSTO VTVL w skali 1/3 bez załogi , który wykonał kilka udanych lotów testowych w latach 90. Jego pierwszy udany lot odbył się w 1993 roku. W czerwcu 1996 roku pojazd ustanowił rekord wysokości 3140 metrów (10300 stóp), zanim wykonał pionowe lądowanie.
- Rotary Rocket z powodzeniem przetestował system pionowego lądowania dla swojego projektu Rotona, oparty na systemie helikoptera z końcówką rakietową w 1999 roku, ale nie był w stanie zebrać funduszy na zbudowanie pełnego pojazdu.
- 13 czerwca 2005 Ogłoszono suborbitalny pojazd startowy wielokrotnego użytku Blue Origin VTVL.
- 2005 Blue Origin Charon, pojazd testowy napędzany silnikiem odrzutowym, zweryfikował autonomiczne technologie naprowadzania i sterowania, stosowane później w rakietach Blue Origins VTVL.
- 2006, 2007 Blue Origin Goddard, demonstrator podskali późniejszego pojazdu suborbitalnego New Shephard, wykonał 3 udane loty przed przejściem na emeryturę.
- W latach 2006–2009 latające rakiety VTVL Armadillo Aerospace 's Scorpius / Super Mod, Masten Space Systems ' Xombie i Unreasonable Rocket's Blue Ball rywalizowały w Northrop Grumman / NASA Lunar Lander Challenge . Kolejne projekty VTVL, w tym Xaero Mastena i Stig Armadillo, miały na celu szybszy lot na wyższe wysokości suborbitalne .
- SpaceX ogłosił plany w 2010 roku, aby ostatecznie zainstalować rozkładane podwozie na statku kosmicznym Dragon i użyć silników odrzutowych pojazdu do lądowania na lądzie. Został odwołany w 2017 roku.
- W 2010 roku trzy statki VTVL zostały zaoferowane NASA w odpowiedzi na prośbę NASA o suborbitalny pojazd nośny wielokrotnego użytku (sRLV) w ramach programu operacji lotniczych NASA: Blue Origin New Shepard , Masten Xaero i Armadillo Super Mod .
- Morpheus to projekt NASA z 2010 roku, w którym opracowano pionowe stanowisko testowe, które demonstruje nowe ekologiczne systemy napędowe oraz technologię autonomicznego lądowania i wykrywania zagrożeń.
- Mighty Eagle był zrobotyzowanym prototypowym lądownikiem z początku 2010 roku, który był opracowywany przez NASA od sierpnia 2012 roku.
.jpg)
- SpaceX ogłosił we wrześniu 2011 r., Że spróbują opracować zasilane zejście i odzyskiwanie obu stopni Falcona 9 , również z kapsułą VTVL Dragon .
- Grasshopper firmy SpaceX była pojazdem testowym pierwszego stopnia wzmacniacza VTVL, opracowanym w celu sprawdzenia różnych aspektów inżynieryjnych technologii rakiet wielokrotnego użytku na małych wysokościach i małych prędkościach . W latach 2012-2013 pojazd testowy wykonał osiem udanych lotów testowych. Grasshopper v1.0 wykonał swój ósmy i ostatni lot testowy 7 października 2013 r., Lecąc na wysokość 744 metrów (2441 stóp) (0,46 mil), zanim wykonał ósme udane lądowanie VTVL.
- 2013–2017: DragonFly był prototypowym artykułem testowym z napędem rakietowym na małej wysokości dla napędzanej napędowo wersji kapsuły kosmicznej SpaceX Dragon . Zamierzali następnie wykorzystać technologię Dragon 2 , kapsuły kosmicznej wielokrotnego użytku z załogą drugiej generacji , do lądowania po powrocie z kosmosu, a także system przerywania startu . Prototyp DragonFly był używany do testów w locie z napędem na małej wysokości w 2014 i 2015 r. Rozwój został jednak porzucony do połowy 2017 r.
- Pojazd rozwojowy Falcon 9 wielokrotnego użytku firmy SpaceX był o około 50 stóp dłuższy niż Grasshopper i został zbudowany na ich pełnowymiarowym zbiorniku wspomagającym Falcon 9 v1.1 , z nogami do lądowania zaprojektowanymi do lotu i silnikami odrzutowymi z gazowym azotem do kontrolowania położenia wzmacniacza . F9R Dev1 wykonał swój pierwszy lot testowy w kwietniu 2014 r. Na wysokość 250 metrów (820 stóp) przed wykonaniem nominalnego pionowego lądowania.
- 23 listopada 2015 r. rakieta wspomagająca New Shepard firmy Blue Origin wykonała pierwsze w historii udane pionowe lądowanie po bezzałogowym suborbitalnym locie testowym, który dotarł w kosmos . Blue Origin przygotowuje się teraz do przyjęcia załogi na New Shephard w lipcu 2021 r.
- 21 grudnia 2015 r. 20. pierwszy stopień Falcon 9 firmy SpaceX wykonał pierwsze w historii udane pionowe lądowanie rakiety nośnej klasy orbitalnej po wyniesieniu 11 komercyjnych satelitów na niską orbitę okołoziemską podczas lotu Falcon 9 20 .
- 8 kwietnia 2016 r. Falcon 9 firmy SpaceX wykonał pierwsze udane lądowanie na swoim autonomicznym statku kosmicznym w ramach misji zaopatrzeniowej SpaceX CRS-8 na Międzynarodową Stację Kosmiczną .
- Od 2017 roku DLR , CNES i JAXA opracowują demonstrator rakiet VTVL wielokrotnego użytku o nazwie CALLISTO ( Cooperative Action Leading to Launcher Innovation in Stage Toss-back Operations).
- Styczeń 2018: Chińska prywatna firma kosmiczna LinkSpace pomyślnie przetestowała swoją eksperymentalną rakietę orbitalną wielokrotnego użytku z udanym pionowym startem i pionowym lądowaniem (VTVL)
- 6 lutego 2018 r. SpaceX z powodzeniem wylądował dwoma wzmacniaczami pierwszego stopnia podczas lotu demonstracyjnego Falcon Heavy .
- 2018: ISRO ujawniło szczegóły dotyczące pojazdu testowego ADMIRE, dla którego opracowywano miejsce testowe i lądowisko. Pojazd będzie miał naddźwiękowy napęd retro, specjalne chowane nogi do lądowania, które będą działać jak sterowane płetwy kratowe i będzie prowadzony przez zintegrowany system nawigacji z wysokościomierzem laserowym i odbiornikiem NavIC .
- Testy VTVL na małej wysokości dużego Starhoppera o średnicy 9 metrów (30 stóp) , wczesny artykuł testowy statku kosmicznego SpaceX , odbyły się w SpaceX South Texas Launch Site w pobliżu Brownsville w Teksasie w lipcu i sierpniu 2019 r. z lotami do ~ Wykonano 150 m (490 stóp).
- W sierpniu 2020 roku SpaceX rozpoczął testy swoich prototypów statków kosmicznych . Wszystkie SN5, SN6 i SN15 pomyślnie wystartowały i wylądowały VTVL, podczas gdy SN8, SN9, SN10 i SN11 zostały zniszczone z powodu niepowodzenia lądowania.
- 20 lipca 2021 r. rakieta New Shepard firmy Blue Origin wykonała pierwsze udane pionowe lądowanie po załogowym locie suborbitalnym. Na pokładzie misji NS-16 było czterech pasażerów , w tym Jeff Bezos .
Technologia pionowego lądowania
Technologia wymagana do pomyślnego lądowania z napędem wstecznym - lądowanie pionowe lub dodatek „VL” do standardowej technologii pionowego startu (VT) z wczesnych dziesięcioleci lotów kosmicznych ludzi - składa się z kilku części. Po pierwsze, ciąg musi być mniejszy niż ciężar, po drugie, ciąg zwykle wymaga wektoryzacji i pewnego stopnia dławienia . Nawigacja musi być zdolna do obliczania pozycji i wysokości pojazdu, małe odchylenia od pionu mogą powodować duże odchylenia poziomego położenia pojazdu. RCS systemy są zwykle wymagane do utrzymania pojazdu pod odpowiednim kątem. SpaceX używa również płetw siatkowych do kontroli położenia podczas lądowania swoich dopalaczy Falcon 9 .
Niezbędna może być również możliwość zapłonu silników w różnych warunkach, w tym próżni , naddźwiękowych , naddźwiękowych , naddźwiękowych i poddźwiękowych .
Dodatkowa masa paliwa, większy zbiornik, nogi do lądowania i ich mechanizmy rozkładania zwykle zmniejszają wydajność systemu miękkiego lądowania w porównaniu z pojazdami jednorazowymi , przy czym wszystkie inne rzeczy są takie same. Główną zaletą tej technologii jest możliwość znacznego obniżenia kosztów lotów kosmicznych dzięki możliwości ponownego wykorzystania rakiet po udanych lądowaniach VTVL.
Kultura popularna
Pionowe lądowanie statków kosmicznych było dominującym sposobem lądowania rakiet w erze przed lotami kosmicznymi . Wielu science fiction , a także przedstawień w kulturze popularnej, pokazywało rakiety lądujące pionowo, zwykle spoczywające po wylądowaniu na płetwach pojazdu kosmicznego . Pogląd ten był na tyle zakorzeniony w kulturze popularnej, że w 1993 roku, po udanym locie testowym prototypu rakiety na małej wysokości, pisarz stwierdził: „DC-X wystartował pionowo, zawisł w powietrzu… Statek kosmiczny zatrzymał się w połowie ponownie wzbił się w powietrze i gdy silniki zwolniły, rozpoczął udane pionowe lądowanie. Zupełnie jak Buck Rogers . W 2010 roku rakiety SpaceX również widziały odwołanie do tego popularnego pojęcia kultury Bucka Rogersa w „Quest to Create a „ Buck Rogers ” wielokrotnego użytku rakieta”.
Younga Sheldona „ A Patch, a Modem, and a Zantac® ” przedstawia Sheldona Coopera , który w latach 80. opracowuje równania dla VTVL, tylko po to, by zostały one odrzucone przez NASA z powodu braku technicznych możliwości ich wdrożenia w tamtym czasie. Sheldon dochodzi do wniosku, że wyprzedza swoje czasy. Przebłysk do 2016 roku pokazuje udaną misję SpaceX CRS-8, po której założyciel SpaceX, Elon Musk, przegląda stary notatnik Sheldona, a następnie chowa go w szufladzie biurka.
Zobacz też
- KORONA
- Kankoh-maru – VTVL
- SERWIS Chryslera
Linki zewnętrzne
- Astronautix.com - Lista koncepcji rakiet VTVL z przeszłości
- Hobbyspace.com – Rozwój rakiet VTVL na całym świecie