Ballute - Ballute

Не путать с балют.
С баллютом Марк 82 бомбы быть сброшенным F-111 штурмовик
Эскиз компонентов баллута

В баллют (а чемодан из воздушный шар и парашют ) представляет собой парашютоподобное тормозное устройство, оптимизированное для использования на больших высотах и сверхзвуковой скорости.

Оригинальная конфигурация баллютов была изобретена в 1948 г. Хороший год Компания. Нововведение вскоре привлекло внимание других организаций, в том числе НАСА; агентство включило балюты в систему эвакуации Близнецы космический корабль. Впоследствии он нашел широкое применение в аэрокосмическом секторе в качестве средства замедления снижения различных полезных нагрузок, таких как секции ракеты и атмосферные зонды. Различные предложения, связанные с баллутами, например, для спуска с орбиты / восстановления маломассивных спутники и программы межпланетных исследований были выпущены в последние десятилетия.

Дизайн

Ballute - это надувное устройство, используемое для создания сопротивления.[1] В базовой конфигурации это воздушный шар конической формы с тороидальный каменный забор (надувная конструкция, обеспечивающая разделение потока ), который надевается на самое широкое место.[2] Бортовой забор стабилизирует баллют по мере его замедления в различных режимах потока, обычно переходя от более быстрых (даже сверхзвуковых) потоков к дозвуковым.[2][3] Конструкция баллюта, особенно его каплевидная форма, делает его более подходящим для замедления на экстремальных скоростях, чем обычный парашют.[4]

Балюты можно разделить на три основные конфигурации: это коконы, которые закрывают их полезные нагрузки, прикрепленные балюты, которые прикрепляются непосредственно к основанию их полезных нагрузок, и буксируемые балюты, которые следуют за их полезными грузами.[1] Изотензоидный баллют признан стандартной конфигурацией, хотя были испытаны и другие устройства. Было высказано предположение, что баллуты могут быть расположены как в стопке тороидальных форм, так и в форм-факторах натяжного конуса.[5] Некоторые конфигурации баллютов предназначены для определенных целей или отраслей, таких как аэрокосмический сектор.[6][7]

Прикрепив шарик к падающему с воздуха предмету, например, бомбить или аэрокосмической полезной нагрузки, она должна (при условии, что она имеет достаточные размеры и правильно развернута) ограничивать скорость снижения, потенциально сводя к минимуму повреждение полезной нагрузки при контакте с землей.[2][8] Они могут создавать относительно высокое сопротивление для своей массы, что делает их привлекательными в сценариях с ограниченным весом, типичных для аэрокосмических приложений.[1]

Накачивание баллута обычно достигается либо за счет газогенератора, либо за счет нагнетания внешнего воздуха в конструкцию посредством расположения входных отверстий для набегающего воздуха.[2] Конструкция механизма надувания особенно важна для его успешного применения; если впускные отверстия слишком малы или слишком мало, баллют не должен сохранять свою форму и разрушаться, в то время как чрезмерный впускной поток, вероятно, приведет к избыточному давлению и повышению риска разрыва.[4] Соответственно, баллют должен быть точно сконструирован, чтобы соответствовать условиям окружающей среды, в которых он должен находиться; Точно так же развертывание должно производиться с такой же осторожностью, например, в отношении времени. Неправильное развертывание может привести к отказу, поскольку чрезмерные силы замедления могут привести к защелкиванию точек крепления и разрыву ткани; запутывание - еще один потенциальный риск.[4][9]

Приложения

Изначально баллют был разработан в ответ на нестабильность первых сверхзвуковых парашютов и оказался привлекательной альтернативой.[1]

Баллют использовался при свободном падении бомбы упал с самолета, помогая замедлить и стабилизировать снижение.[1]

Ballute широко используется в аэрокосмической промышленности.[2] Одно из первых его применений в этом секторе было в качестве элемента аварийного оборудования на борту. НАСА с Близнецы космический корабль;[10] он также использовался для замедления спуска Аркас, ранний американский ракеты, к середине 1960-х гг.[11] В течение 1960-х годов агентство провело подробные исследования баллута как аэродинамической тормозной системы на других планетах, таких как Марс.[2] В фильме 1984 года 2010: Год, когда мы устанавливаем контакт, баллют используется на Леонов космический корабль, чтобы защитить его от воздействия нагрева во время аэротормоз, позволяя Леонов замедлить себя, не расходуя топлива, и установить орбиту вокруг луны Юпитера Ио.[нужна цитата ]

В 2000 году НАСА Лаборатория реактивного движения исследовал баллют, подчеркивая его потенциал для использования в обоих воздушный захват и аэротормоз операции.[1][12] Примерно в тот же период Европейское космическое агентство также оценивала использование надувной защиты как средства облегчения управляемого входа космических кораблей.[13]

Различные предлагаемые межпланетные атмосферные зонды включают баллуты; для предполагаемых миссий в Венера, они должны действовать не только для контроля входа в атмосферу, но и для обеспечения плавучести полезной нагрузки датчика.[1][14] Лендерс на Марс может также использовать балюты во время прямого входа в атмосферу, в то время как балюты в виде кокона также могут быть приняты для орбитальных транспортных средств на орбите вокруг земной шар. Особенно большие шарики могут быть использованы для целей аэрозахвата планет на различных планетных телах вокруг Солнечная система.[1] Кроме того, для спуска с орбиты были предложены расширенные конструкции с использованием технологии надувного натяжного конуса. НаноСат и восстановление малой массы (<1,5 кг или 3,3 фунта) спутники из низкая околоземная орбита.[5][15]

В начале 2012 г. Armadillo Aerospace использовал баллют во время испытаний своей ракеты STIG-A.[16][17]

В феврале 2015 года датская некоммерческая аэрокосмическая организация Копенгаген суборбитали занимались испытаниями баллютов для своих ракет Nexø.[18] В апреле 2018 г. SpaceX с Илон Маск написал в Твиттере: «SpaceX попытается вернуть разгонный блок ракеты с орбитальной скорости с помощью гигантского воздушного шара».[19] Однако план был отменен. В августе 2019 г. Питер Бек, Основатель Ракетная лаборатория, объявили, что они попытаются восстановить нижнюю ступень своей ракеты Electron, используя баллют для сверхзвукового замедления, что позволит захватить ступень в воздухе с помощью вертолета.[20]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Холл, Джеффри Л. (2 мая 2000 г.). "Обзор технологии Ballute для захвата планет" (PDF). Лаборатория реактивного движения.
  2. ^ а б c d е ж Роберт Дж. Мэйхью и Клинтон В. Экстрем (май 1969 г.). «Результаты летных испытаний при сверхзвуковом развертывании баллонного замедлителя диаметром 18 футов (5,49 метра)» (PDF). ntrs.nasa.gov.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  3. ^ Энтони Р. Мастромарино III и Мария-Изабель Карнасиали (2014). «Аэродинамическое исследование баллюта с использованием вычислительной гидродинамики» (PDF). newhaven.edu.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  4. ^ а б c фон Бенгтсон, Кристиан (30 января 2014 г.). "Ублюдок по имени Баллют". wired.com.
  5. ^ а б «Система спуска и восстановления NanoSat (DRS) для выполнения новых миссий». доклад конференции. Малый сб 2011. 2011. Получено 22 января 2012.
  6. ^ Грибель, Ханнес (2011). «Варианты конфигурации космического корабля Ballute». Vieweg + Teubner.
  7. ^ Ян Кларк и Эрих Брандо (29 июня 2019 г.). «Большие сверхзвуковые балюты: испытания и применение» (PDF). Лаборатория реактивного движения.
  8. ^ "Передний край производства сверхзвуковых баллютов". Копенгаген суборбитали. Получено 28 июн 2020.
  9. ^ «Дроп-тестирование улучшенной конструкции Ballute». Копенгаген суборбитали. Получено 28 июн 2020.
  10. ^ «Набор прорывов». hq.nasa.gov. Получено 28 июн 2020.
  11. ^ J.J. Грэм-младший (декабрь 1965 г.). "Разработка Ballute для замедления ракетных зонд Arcas" (PDF). Кембриджские исследовательские лаборатории ВВС.
  12. ^ Кристенсен, Билл (21 апреля 2009 г.). "Баллютес изучается для гиперзвуковых космических аппаратов". space.com.
  13. ^ Л. Марраффа, Д. Кассинг, П. Баглиони, Д. Уайлд, С. Вальтер, К. Пичхадзе и В. Финченко (август 2000 г.). «Технологии надувного возвращения в атмосферу: демонстрация полета и перспективы на будущее» (PDF). Европейское космическое агентство.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  14. ^ Кристин Л. (Гейтс) Медлок, Джеймс М. Лонгуски, Дэниел Т. Лайонс (2005). «Баллют двойного назначения для входа и спуска во время планетарных миссий» (PDF). engineering.purdue.edu.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  15. ^ «Прикрепленный надувной баллют для замедления космического корабля». IEE Xplore. Февраль 2000 г.
  16. ^ «Армадилло запускает ракету STIG-A - захватывает потрясающее изображение Баллута». Получено 17 июля 2012.
  17. ^ «Система возврата - система восстановления CubeSat». Эндрюс Спейс. 2008. Архивировано с оригинал 1 января 2012 г.. Получено 24 декабря 2011.
  18. ^ "Скорость деформации, мистер Зулу!" (на датском). Ingeniøren. 25 февраля 2015 г.. Получено 22 апреля 2018.
  19. ^ Илон Маск (16 апреля 2018 г.). «SpaceX попытается вернуть разгонный блок ракеты с орбитальной скорости с помощью гигантского воздушного шара». Twitter.
  20. ^ «Может ли Rocket Lab действительно поймать ракету с вертолета ?!». Повседневный космонавт. 10 августа 2019 г.. Получено 15 октября 2019.

внешняя ссылка