PROTECȚIA DE "INCENDIUL INCENDIAT"
Care ar trebui să fie forma arcului?
Chiar și pentru capul unei rachete fără pilot, care, după ce a atins vârful traiectoriei, se întoarce în atmosfera pământului, forma părții frontale este de mare importanță. La urma urmei, cu cât este mai rapidă o rachetă la intrarea în straturile dense ale atmosferei, cu atât este mai puternică încălzirea. Și dacă designerii nu au luat măsuri de protecție, racheta ar arde, ca un meteor.
Cum de protejat de aeronavele de combustie, care ar trebui să se întoarcă din spațiu pe Pământ?
La proiectarea primelor rachete balistice intercontinentale [14-16], au fost preferate formele ascuțite ale nasului, care au avut cea mai mică rezistență aerodinamică. Dar testele efectuate de rachete au arătat că temperaturile extrem de ridicate apar în stratul limită subțire al aerului care înconjoară nasul rachetei. Partea nasului dintr-o formă bine raționalizată reflectă doar 50% din energia termică în atmosferă. Restul căldurii este percepută de corpul rachetei.
Racheta cu un arc bont este un mod complet diferit. La intrarea în atmosfera din fața acestuia se formează un val puternic de șoc. Se comportă ca o frână și reflectă în atmosferă mai mult de 90% din energia termică totală. Doar o zecime din această căldură este utilizată pentru încălzirea corpului rachetei.
Uită-te la modul în care racheta netedă curge prin curentul de aer, care are o viteză de 5-10 ori mai mare decât viteza sunetului (figura 7). Aerul într-o zonă cu presiune ridicată înaintea capului în acest caz este încălzit intens. În același timp, debitul scade, devenind mai puțin decât viteza sunetului. Prin urmare, o parte semnificativă a energiei mișcării se referă la energia termică. Acest lucru crește foarte mult temperatura fluxului și duce la distrugerea moleculelor de aer prin atomi. Acest proces se numește disociere. Și ce se întâmplă în stratul de aer din apropierea cocii rachetei? Aici depinde mult de rugozitatea navei. Capul polisat emisferic curge lin, fără șuruburi. Dar chiar și pe partea cilindrică netedă a corpului se învârte. Și acest lucru accelerează transferul de căldură de la stratul de graniță la coc.
Pentru a afla dacă conul din nas poate rezista revenirii dispozitivului în atmosferă, trebuie să cunoaștem cantitatea totală de căldură care este transferată corpului din stratul limită, precum și viteza cu care are loc acest transfer. Toate substanțele cunoscute pe Pământ au o limită a capacității de căldură și o rată de transfer de căldură, astfel încât singura modalitate de a îmbunătăți protecția împotriva căldurii pare să fie îngroșarea pereților arcului.
Fig. 7. Deci corpul curge cu viteza hipersoncurenta:
1 - unde de șoc; 2 zonă subsonică; 3 - stratul limită; 4 - urme;
Cu cât este mai ciudată șoseaua, cu atât mai mult timp va dura o rachetă să se întoarcă pe Pământ. În acest caz, racheta va primi mai multă căldură, dar va veni la o viteză mai mică. Cu uzură groasă, cantitatea de căldură furnizată pe centimetru pătrați scade, deoarece căldura este distribuită pe o suprafață mai mare.
Aeronavele netede la intrarea în straturile dense de aer își reduc brusc viteza, provocând o frânare inacceptabil de mare. Dacă puneți un om în cabina de pilotaj a unei rachete, acesta va fi apăsat cu mare forță la peretele frontal al cabinei și îl va zdrobi literalmente. Pentru a evita o frânare bruscă, o "fustă" de fier poate fi pusă pe partea din spate a aeronavei (Figura 8). Această "fustă" din straturile superioare ale atmosferei este dezvăluită pe deplin, iar când se apropie de Pământ, pe măsură ce densitatea aerului crește, lățimea "fustei" va scădea treptat. Drept urmare, rezistența frontală a rachetei se va schimba fără probleme, iar cantitatea de frânare va rămâne în limitele admise.
Fig. 9.
Calculul a arătat că pentru fiecare kilogram din greutatea prin satelit se eliberează circa 5.500 kcal de căldură. La o greutate prin satelit de 450 kg, cantitatea totală de căldură eliberată va fi de aproximativ două milioane și jumătate de milion de kilocalorii.
Cât va fi necesar un sublim, de exemplu oxid de beriliu, pentru a absorbi toată această căldură? Un kilogram de astfel de substanță absoarbe la evaporarea a 5870 kcal de căldură. Pentru a absorbi aceleași 1250000 de kilocalorii de căldură, care cade pe un satelit cu o greutate de 450 kg, este necesar să se evapore 210 kg de oxid de beriliu.
În ciuda faptului că temperatura suprafeței corpului satelitului în momentul evaporării oxid de beriliu este 2500S, încălzirea nu este dăunătoare pentru construcția și echiparea satelitului, deoarece impactul căldurii este scurt, iar conductivitatea termică a oxidului de beriliu este scăzută. La temperaturi ridicate, nu numai beriliul și oxidul său sunt sublimate, ci și metalele precum tantal, tungsten, molibden.
În locul oxidului de beriliu și a altor materiale rare, materialele plastice pot fi folosite ca strat de sacrificiu, care au o conductivitate termică scăzută, sunt flexibile și pot absorbi o cantitate imensă de căldură în timpul evaporării.
Materiale sublimate la temperatură ridicată, se presupune că pentru a acoperi elementele exterioare nava: o porțiune de nas a fuselajului, marginile aripa de conducere și unitățile de coadă. În Fig. 10 arată schema profilului aripii navei spațiale înainte de a se întoarce în atmosferă și cum va avea grijă după aterizarea pe Pământ. Elementele structurale 1, sarcina de detectare aripa, va fi acoperită cu un strat de izolație 2 (cuarț sau azbest) și materialul 3. După evaporarea eroziunea fuselaj și aeronave cu aripă trageți creșterea înainte. Și aceasta va duce la o scădere a vitezei și, în consecință, la o scădere a temperaturii structurii [18].
Fig. 10. Astfel, forma aripii se va schimba după revenirea navei din spațiu
Un alt mijloc de a proteja aeronava de ardere poate fi îndepărtarea căldurii de la radiații. Se crede [19] că, ca urmare a radiației, aproximativ 40% din căldura care intră în piele de la stratul de graniță poate fi returnată în atmosferă. Prin urmare, ei încearcă să mărească reflexia suprafeței aeronavei, pentru care, în primul rând, să crească suprafața muchiilor de vârf ale fuselajului și a aripilor și, de asemenea, să îmbunătățească calitatea suprafeței prin lustruirea acesteia.
Temperatura poate reduce câmpul magnetic
Moleculele de azot și oxigen constau în perechi de atomi care sunt legate între ele și se mișcă împreună. La temperaturi ridicate, care apar în valurile de șoc sau în stratul limită al fluxului, moleculele se descompun în atomi individuali. La temperaturi chiar mai mari, ionizarea gazului începe: moleculele și atomii pierd sau dobândesc electroni și primesc o încărcătură electrică. Astfel de particule încărcate, după cum se știe din fizică, pot fi conduse de câmpuri electromagnetice. Aceasta deschide posibilitatea de a controla stratul de frontieră al aerului care curge în jurul corpurilor cosmice pe măsură ce intră în atmosfera Pământului. Aerul din unde de șoc ce se extind din porțiunea prova a aparatului, atât de puternic ionizat, ea conduce electricitatea bine, și, prin urmare, o undă de șoc poate fi afectat de câmpuri magnetice, pentru a le împinge din nas a mașinii și reduce astfel temperatura de suprafață.
Experții calculat [20] că, dacă racheta vine în atmosferă la o rată de 5,7km / sec, între unda de șoc și arcul rachetei este un strat de aer încălzit la 6650S. La această temperatură și presiune înaltă corespunzătoare, aproximativ două procente din atomii gazelor care alcătuiesc aerul sunt ionizate.
În cazul în care un câmp magnetic puternic poate fi creat pe suprafața arcului navei, atunci sub influența sa viteza aerului va încetini. Din aceasta, nasul se va incalzi mai putin. Chiar și rezultate mai bune pot fi obținute dacă conul nazal este acoperit cu ușurință de materialul ionizant. Ioniunile unui astfel de material, amestecând cu particulele de aer, îl vor face un bun conductor. Acest amestec, care trece prin câmpul magnetic, va fi inhibat și mai puternic.
Deci, dacă un curent mare curge în jurul conului nas de-a lungul inelului, atunci câmpul magnetic rezultat va încetini mișcarea ionilor și va respinge gazele ionizate din spatele frontului undei de șoc. Acțiunea valului de șoc este atenuată, iar încălzirea corpului va scădea.
Care dintre metodele de combatere a încălzirii navei spațiale care intră în atmosfera Pământului este preferată? Recent, studii comparative [21] ale acestor metode au fost efectuate intensiv în mai multe țări. Cea mai mare greutate este posedată de dispozitivele de protecție care absorb căldura. Greutatea minimă are un sistem de protecție bazat pe metodele de răcire prin evaporare și sublimare a suprafeței corpului. Evident, aceste sisteme vor fi preferate. [Pagina principală] [Înapoi] | [Înainte] Această carte a fost preluată de la www.m31.spb.ru (o arhivă vastă de materiale despre astronomie și cosmonautică)
Trimiteți-le prietenilor: