خبر های ویژه
23 آذر 1403
کپسول خدمه ناسا در طول سفر آرتمیس یک دارای مشکلات سپر حرارتی بود
یک متخصص هوافضا در مورد این اجزای حیاتی فضاپیما
در دسامبر 2022، در سواحل باخا کالیفرنیا، هنگامی که امواج در اطراف کشتی اسکله یو اس اس پورتلند می چرخیدند، خورشید بر روی دریای مواج می درخشید. مأموران نیروی دریایی روی عرشه در جستجوی نشانه ای آسمانی را زیر نظر گرفتند. درخشش ناگهان ظاهر شد.
تبریز امروز:
مارکوس فرناندز توس
استادیار مطالعات فضایی، دانشگاه داکوتای شمالی
در دسامبر 2022، در سواحل باخا کالیفرنیا، هنگامی که امواج در اطراف کشتی اسکله یو اس اس پورتلند می چرخیدند، خورشید بر روی دریای مواج می درخشید. مأموران نیروی دریایی روی عرشه در جستجوی نشانه ای آسمانی را زیر نظر گرفتند. درخشش ناگهان ظاهر شد.
یک نقطه کوچک در ابتدا، به تدریج به یک دایره گرد تبدیل شد که با سرعت زیادی از حاشیه فضا می افتاد. این کپسول اوریون ناسا بود که به زودی ماموریت 25 روزه آرتمیس I در اطراف و فراتر از ماه را با یک فروپاشی آتشین به اقیانوس پایان داد.
ورود مجدد اوریون یا جبار از مسیری با زاویه تند پیروی کرد که طی آن کپسول با سرعتی باورنکردنی سقوط کرد و سه چتر نجات قرمز و سفید را به کار گرفت. هنگامی که این ماموریت سفر بیش از 270000 مایلی (435000 کیلومتری) خود را به پایان رساند، به نظر کسانی که روی عرشه ناو یو اس اس پورتلند بودند به نظر می رسید که کپسول در یک تکه آن را به خانه رسانده است.
هنگامی که خدمه بازیابی اوریون را به عرشه حامل بردند، امواج ضربه ای در سطح کپسول به صدا درآمد. این زمانی بود که اعضای خدمه شروع به شناسایی شکاف های بزرگ در سطح پایینی اوریون کردند، جایی که قسمت بیرونی کپسول به سپر حرارتی آن متصل می شود.
فضاپیمای اوریون در دسامبر 2022 سقوط کرد و پایان ماموریت آرتمیس I بود.
اما چرا سپری که دمای حدود 5000 درجه فارنهایت (2760 درجه سانتیگراد) را تحمل کرده آسیبی نمی بیند؟ به نظر طبیعی می رسد، درست است؟
این ماموریت، آرتمیس اول، بدون سرنشین بود. اما هدف نهایی ناسا فرستادن انسان به ماه در سال 2026 است. بنابراین، ناسا باید اطمینان حاصل کند که هر گونه آسیب به کپسول - حتی سپر حرارتی آن، که قرار است آسیبی وارد کند - جان آینده را به خطر نمی اندازد. خدمه
در 11 دسامبر 2022 - زمان ورود مجدد آرتمیس I - این سپر آسیب شدیدی دید که دو ماموریت بعدی آرتمیس را به تاخیر انداخت. در حالی که مهندسان اکنون در تلاش هستند تا از تکرار مجدد مشکلات مشابه جلوگیری کنند، تاریخ پرتاب جدید آوریل 2026 را هدف قرار می دهد و به سرعت در حال انجام است.
به عنوان یک استاد فناوری هوافضا، از تحقیق در مورد نحوه تعامل اجسام با جو لذت می برم. Artemis I یک مورد بسیار جالب ارائه می دهد - و استدلالی برای اینکه چرا داشتن یک سپر حرارتی کاربردی برای یک ماموریت اکتشاف فضایی حیاتی است.
فضاپیمای اوریون ناسا در طول ماموریت آرتمیس I هم از زمین و هم از ماه دید داشت. ناسا از طریق AP
گرفتن گرما
برای درک اینکه دقیقاً چه اتفاقی برای Orion افتاده است، اجازه دهید داستان را به عقب برگردانیم. هنگامی که کپسول دوباره وارد جو زمین شد، شروع به عبور از لایه‌های بالاتر آن کرد، که کمی شبیه ترامپولین عمل می‌کند و بخشی از انرژی جنبشی فضاپیما را جذب می‌کند. این مانور با دقت طراحی شده بود تا به تدریج سرعت شکارچی را کاهش دهد و تنش گرمایی روی لایه‌های داخلی سپر را کاهش دهد.
پس از اولین شیرجه، اوریون در یک مانور حساب شده به فضا برگشت و قبل از شیرجه مجدد مقداری از انرژی خود را از دست داد. این شیرجه دوم آن را با نزدیک شدن به اقیانوس به لایه های پایین تر با هوای متراکم تر می برد و سرعت آن را حتی بیشتر کاهش می داد.
در هنگام سقوط، کشش ناشی از نیروی ذرات هوا به کپسول به کاهش سرعت آن از حدود 27000 مایل در ساعت (43000 کیلومتر در ساعت) به حدود 20 مایل در ساعت (32 کیلومتر در ساعت) کمک کرد. اما این کاهش سرعت هزینه داشت – اصطکاک هوا به حدی بود که دمای سطح پایین کپسول رو به جریان هوا به 5000 درجه فارنهایت (2760 درجه سانتیگراد) رسید.
در این دماهای سوزان، مولکول های هوا شروع به شکافتن کردند و ترکیب داغی از ذرات باردار به نام پلاسما تشکیل شد. این پلاسما انرژی ساطع می‌کرد که می‌توانستید آن را به صورت هوای ملتهب قرمز و زرد رنگی که جلوی خودرو را احاطه کرده است ببینید و به شکل یک شمع به سمت عقب آن را بپیچید.
هیچ ماده ای روی زمین نمی تواند این محیط جهنمی را بدون آسیب جدی تحمل کند. بنابراین، مهندسان پشت این کپسول‌ها، لایه‌ای از مواد به نام سپر حرارتی را طراحی کردند تا از طریق ذوب و تبخیر قربانی شود، بنابراین محفظه‌ای را که در نهایت فضانوردان را در خود جای می‌داد، نجات دادند.
با محافظت از هر کسی که ممکن است روزی داخل کپسول باشد، سپر حرارتی یک جزء حیاتی است.
سپر حرارتی Orion با کاشی های ساخته شده از موادی پوشیده شده است که در معرض گرمای شدید می سوزند. ناسا/آیزاک واتسون
به شکل یک پوسته، این سپر است که انتهای پهن فضاپیما را، رو به جریان هوای ورودی - داغ ترین قسمت وسیله نقلیه - در بر می گیرد. از ماده ای ساخته شده است که برای تبخیر و جذب انرژی تولید شده از اصطکاک هوا در برابر وسیله نقلیه طراحی شده است.
اما واقعاً با سپر حرارتی اوریون در طی فرود سال 2022 چه اتفاقی افتاد؟
در مورد اوریون، مواد سپر حرارتی ترکیبی از رزینی به نام Novolac - نسبت به باکلیت که تعدادی سلاح گرم از آن ساخته شده است - در ساختار لانه زنبوری از نخ های فایبرگلاس جذب می شود.
نوولاک، ماده‌ای که سپر حرارتی اوریون را می‌سازد، از اتم‌هایی تشکیل شده است که در شش ضلعی‌های متصل به هم چیده شده‌اند. Smokefoot/Wikimedia Commons، CC BY-SA
همانطور که سطح در معرض گرما و جریان هوا قرار می گیرد، رزین ذوب می شود و عقب می نشیند و فایبرگلاس را در معرض دید قرار می دهد. فایبرگلاس با هوای گرم اطراف واکنش نشان می دهد و ساختار سیاه رنگی به نام char تولید می کند. سپس این ذغال به عنوان یک مانع گرمایی دوم عمل می کند.
ناسا از همان طراحی سپر حرارتی برای Orion به عنوان کپسول آپولو استفاده کرد. اما در طول ماموریت های آپولو، ساختار کاراکتر مانند اوریون شکسته نشد.
پس از نزدیک به دو سال صرف تجزیه و تحلیل نمونه‌هایی از مواد زغال‌شده، ناسا به این نتیجه رسید که تیم پروژه Orion جریان گرما را بیش از حد تخمین زده است، زیرا سفینه پس از ورود مجدد، جو را از بین می‌برد.
با نزدیک شدن شکارچی به لایه های بالایی جو، سپر شروع به ذوب شدن کرد و گازهایی تولید کرد که ممکن است از طریق منافذ موجود در مواد خارج شده باشند. سپس، زمانی که کپسول دوباره ارتفاع گرفت، لایه‌های بیرونی رزین یخ زدند و گرمای اولین شیرجه را به درون خود محبوس کردند. این گرما رزین را تبخیر کرد.
هنگامی که کپسول برای بار دوم در جو فرو رفت، گاز قبل از یافتن راهی برای خروج از آن با گرم شدن دوباره منبسط شد - به نوعی مانند نحوه آب شدن دریاچه یخ زده از پایین به سمت بالا - و خروج آن باعث ایجاد شکاف هایی در سطح کپسول شد که در آن ساختار ذغال سنگ است. آسیب دید اینها ترک هایی بود که خدمه بازیابی پس از پاشیدن کپسول روی آن دیدند.
در یک کنفرانس مطبوعاتی در 5 دسامبر 2024، مقامات ناسا اعلام کردند که ماموریت Artemis II با مسیری تغییر یافته برای ورود مجدد طراحی خواهد شد تا از تجمع گرما جلوگیری کند.
برای Artemis III که قرار است در سال 2027 پرتاب شود، ناسا در نظر دارد از روش‌های ساخت جدیدی برای سپر استفاده کند که باعث نفوذپذیری بیشتر آن می‌شود. قسمت بیرونی کپسول همچنان در هنگام ورود مجدد بسیار داغ می شود و سپر حرارتی همچنان تبخیر می شود. اما این روش‌های جدید به فضانوردان کمک می‌کند تا در تمام طول مسیر در کپسول راحت باشند.
چونگلین ژانگ، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه داکوتای شمالی همکاری کرده است
ارتباط با تبریز امروز
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.
اشتراک در خبرنامه
برای اطلاع از آخرین خبرهای تبریز امروز در کانال تلگرام ما عضو شوید.
فرم تماس با تبریز امروز
کلیه حقوق این سایت متعلق به پایگاه خبری تبریز امروز بوده و استفاده از مطالب آن با ذکر منبع بلامانع
است.
طراحی وتولید
توسططراح وب سایت