Sıçramanın ardındaki bilim: havacılık mühendisi, NASA ve SpaceX’in uzay aracını nasıl güvenli bir şekilde geri aldığını açıklıyor

21 Temmuz 1961’de yaklaşık 15 dakika boyunca Amerikalı astronot Gus Grissom kendini dünyanın zirvesinde hissediyordu ve gerçekten de öyleydi.

Grissom mürettebatı Özgürlük Çanı 7 misyonuonu bir roketle atmosfere fırlatan balistik bir test uçuşu. Test sırasında küçük bir kapsülün içine oturdu ve Atlantik Okyanusu’na inmeden önce 100 milden fazla bir zirveye ulaştı.

Donanma gemisi USS Randolph, görevin başarılı sonunu güvenli bir mesafeden izledi. Her şey planlandığı gibi gitmişti, Cape Canaveral’daki kontrolörler sevinçliydi ve Grissom, tarihteki ikinci Amerikalı astronotu olarak bir VIP kulübüne girdiğini biliyordu.

Grissom kapsülünün içinde kaldı ve hafif okyanus dalgaları üzerinde sallandı. Kendisini USS Randolph’un kuru güvertesine götürecek helikopteri beklerken bazı uçuş verilerini kaydetmeyi bitirdi. Ancak daha sonra işler beklenmedik bir hal aldı.

Kapsülün patlayıcı sistemindeki yanlış bir komut, dışarı fırlayacak kapaksuyun küçük boşluğa akmasına izin verdi. Grissom ayrıca uzay giysisindeki bir vanayı kapatmayı unutmuştu, bu yüzden su üstünde kalmak için savaşırken giysisine su sızmaya başladı.

Kapsülden dramatik bir kaçışın ardından, helikopter pilotuna bir şeylerin ters gittiğine dair sinyaller verirken başını yüzeyin üzerinde tutmaya çalıştı. Helikopter onu son anda kurtarmayı başardı.

Grissom’un ölüme yakın kaçışı tarihteki en dramatik olaylardan biri olmaya devam ediyor. Ancak suya sıçramak, astronotların Dünya’ya dönmenin en yaygın yollarından biri olmaya devam ediyor. Ben bir havacılık ve uzay mühendisliği profesörü Bu olaylara dahil olan mekanizmaları inceleyen kişi. Neyse ki, çoğu sıçrama o kadar da sinir bozucu değil, en azından kağıt üzerinde.

Splashdown açıklandı

Güvenli bir iniş gerçekleştirmeden önce, Dünya’ya dönen bir uzay aracı yavaşlaması gerekiyor. Bir uzay aracı Dünya’ya geri dönerken çok fazla kinetik enerjiye sahiptir. Atmosfer ile sürtünme, uzay aracını yavaşlatan sürtünmeyi ortaya çıkarır. Sürtünme, uzay aracının kinetik enerjisini termal enerjiye veya ısıya dönüştürür.

Tüm bu ısı, gerçekten çok sıcak olan çevredeki havaya yayılır. Yeniden giriş hızları ses hızının birkaç katı olabileceğinden, havanın araca karşı itme kuvveti aracın çevresini yaklaşık 2.700 derece Fahrenheit (1.500 derece Santigrat) olan kavurucu bir akışa dönüştürür. SpaceX’in devasa Starship roketi durumunda, bu sıcaklık 3.000 derece Fahrenheit (yaklaşık 1.700 derece Santigrat).

Ne yazık ki, bu transfer ne kadar hızlı gerçekleşirse gerçekleşsin, aracın yeniden giriş sırasında güvenli bir hıza düşmesi ve çarpışmaması için yeterli zaman olmuyor. Bu yüzden mühendisler, bir uzay aracını sıçrama sırasında yavaşlatabilecek başka yöntemlere başvuruyorlar.

Paraşütler ilk seçenek. NASA genellikle turuncu gibi parlak renklere sahip tasarımlar kullanır, bu da onları fark etmeyi kolaylaştırır. Ayrıca çok büyüktürler, çapları 100 feet’in üzerindedir ve her yeniden giriş aracı genellikle en iyi denge için birden fazlasını kullanır.

Sürükleme paraşütleri adı verilen ilk paraşütler, aracın hızı saniyede yaklaşık 2.300 feet’in (saniyede 700 metre) altına düştüğünde fırlatılır.

O zaman bile roket sert bir yüzeye çarpamaz. Etkiyi hafifletecek bir yere inmesi gerekiyor. Araştırmacılar suyun mükemmel bir amortisör olduğunu erkenden anladılar. Böylece sıçrama doğdu.

Neden su?

Suyun viskozitesi nispeten düşüktür, yani stres altında hızla deforme olur ve yoğunluğu sert kayadan çok daha düşüktür. Bu iki özellik onu uzay aracının inişi için ideal kılar. Ancak suyun bu kadar iyi çalışmasının bir diğer ana nedeni de, gezegen yüzeyinin %70’ini kaplaması ve dolayısıyla uzaydan düşerken ona çarpma ihtimalinin yüksek olmasıdır.

Suya inişin ardındaki bilim karmaşıktır, çünkü uzun bir tarih bunu kanıtlıyor.

1961’de ABD, tarihteki ilk mürettebatlı inişleri gerçekleştirdi. Bunlar Cıva yeniden giriş kapsülleri.

Bu kapsüller kabaca konik bir şekle sahipti ve tabanı suya doğru olacak şekilde düşüyordu. İçerideki astronot yüzü yukarıya dönük olarak oturuyordu. Taban ısının çoğunu emdi, bu nedenle araştırmacılar, kapsül atmosfere fırladığında kaynayan bir ısı kalkanı tasarladılar.

Kapsül yavaşlayıp sürtünme azaldıkça hava soğudu, bu da araçtaki aşırı ısının emilmesine ve böylece aracın da soğumasına olanak sağladı. Yeterince düşük bir hızda paraşütler açılır.

Sıçrama yaklaşık bir hızda gerçekleşir Saniyede 80 feet (saniyede 24 metre)Tam olarak yumuşak bir çarpma olmasa da, kapsülün okyanusa çarpması ve çarpmanın şokunu, yapısına, yüküne veya içindeki astronotlara zarar vermeden emmesi için yeterince yavaş.

Takip etme 1986’daki Challenger kaybıUzay mekiği Challenger kalkıştan kısa bir süre sonra parçalanınca, mühendisler araç tasarımlarını uzay mekiği adı verilen şeye odaklamaya başladılar. çarpışma dayanıklılığı fenomeni—veya bir aracın yüzeye çarptıktan sonra aldığı hasarın derecesi.

Şimdi, tüm araçların uzaydan döndükten sonra su üzerinde hayatta kalma şansı sunabileceğini kanıtlaması gerekiyor. Araştırmacılar karmaşık modeller oluşturuyor, ardından yapının bu gereksinimi karşılayacak kadar sağlam olduğunu kanıtlamak için bunları laboratuvar deneyleriyle test ediyor.

Geleceğe

2021 ile 2024 Haziran arasında yedi SpaceX’in Dragon kapsülleri, Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan dönüşlerinde kusursuz bir iniş gerçekleştirdi.

6 Haziran’da bugüne kadarki en güçlü roket, SpaceX’in Yıldız GemisiHint Okyanusu’na olağanüstü bir dikey sıçrama yaptı. Roket güçlendiricileri yüzeye yaklaşırken ateş etmeye devam etti ve nozulları çevreleyen olağanüstü bir tıslayan buhar bulutu yarattı.

SpaceX, güçlendiricilerini kurtarmak için su sıçramalarını kullanıyor fırlatmadan sonra, kritik parçalarında önemli bir hasar olmadan, böylece bunları gelecekteki görevler için geri dönüştürebilir. Bu yeniden kullanılabilirliğin kilidini açmak, özel şirketlerin altyapıda milyonlarca dolar tasarruf etmesini ve görev maliyetlerini azaltmasını sağlayacaktır.

Suya iniş, uzay aracının dünyaya geri dönmesinde en yaygın kullanılan taktik olmaya devam ediyor ve daha fazla uzay ajansı ve özel şirketin yıldızlara ulaşmaya çalışmasıyla, gelecekte çok daha fazlasının gerçekleşmesi muhtemel.

Bu makale şu kaynaktan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.