Спуск с орбиты и теплозащита КА

Оказывается, вот такая хреновина летала у американцев в рамках подготовки к MOL - вариация не тему "Джемини" с люком в донной части (предшественник ВА ТКС, ага). Причём СА вроде как восстановленный, т.е. это 2-й его полёт (хотя не вполне понятно, как прорезали люк и переделывали для этого донную часть).

Про люк откуда известно?
По ссылке музейный экспонат с такими "дырищами" по всему корпусу

Немного о разных новых подходах к ТЗП - в т.ч. для ожидаемого Х-37, и практически закрытого, НЯЗ, Х-43.
К сожалению, очень бегло, с минимум подробностей и практически без цифири.

Помимо новых материалов (некие огнеупорные композиты, что за композиты - непонятно), предлагается и концепция активного охлаждения наиболее теплонапряжённых участков - причём не транспирационная, а с помощью омывания теплоносителем или тепловых труб. К сожалению, дальше подробностей нет - куда, собственно, должно отводиться снимаемое тепло: то ли "размазываться" по всей конструкции, то ли где-то сбрасываться испарением, то ли еще как.


На Х-37 вроде хотят испытать, так скз, "концепцию Ил-2" - в отличие от всех существовавших до сегодняшнего дня СА броня теплозащита должна быть не только балластом, но и частью несущей конструкции - в частности, рулевые поверхности (CVI C/SiC) должны обходиться без специальной ТЗП.
Плюс сама несущая конструкция более термостойкая (пределы нагрева конструкции выше по ср. с 200 С у шаттлов, например), поэтому и требования к ТЗП более мягкие (и/или к траектории спуска).

Фактически о крылатом варианте "Клипера":




Оценки теплового режима малоразмерного крылатого возвращаемого аппарата на этапе его проектирования

Ваганов А.В., Дмитриев В.Г., Задонский С.М., Киреев А.Ю., Скуратов А.С., Степанов Э.А.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е.Жуковского г.Жуковский, Московская область,

Приводится инженерная методика расчета равновесных температур на поверхности малоразмерного многоразового возвращаемого аппарата, предназначенного для доставки людей и грузов на орбиту. Облик аппарата разрабатывается в ЦАГИ. Методика позволяет построить температурную схему аппарата, включая носок фюзеляжа и переднюю кромку крыла, для которых проводился расчет вдоль всей траектории спуска аппарата с использованием инженерной программы. Она включает в себя аппроксимации ранее проведенных численных расчетов уравнений тонкого вязкого ударного слоя, а также известную формулу Фэя-Ридделла для равновесного течения. Учитывается каталитическая активность поверхности и поправка на разреженность, связанная с тем, что в реальных условиях полета обтекание может выходить за рамки применимости уравнений пограничного слоя. Для наиболее теплонапряженных точек траектории, выявленных с помощью инженерной программы, проведены также численные расчеты двумерного неравновесного обтекания затупленных тел с использованием модели полного вязкого ударного слоя. Для определения температур на нижней и верхней поверхности аппарата использовалась также инженерная программа MARK-IV и аналогия с аппаратом «Буран». Методика позволяет быстро и эффективно оценить аэродинамическое нагревание аппарата, когда на начальном этапе проектирования варьируются его геометрические и траекторные параметры.


Ccылка непосредственно на текст:

А вот какую шикарную анашу курили в конце 50-х-начале 60-х в КБ Челомея:

Предлагалось крылатый СА прятать *внутри* капсулы - после торможения капсула-кожуъ с теплозащитой отстреливалась, птичка вылуплялась, и садилась на полосу.

Пых!

(полный текст статьи см. в номере ПМ по ссылке в: "Defending Space. US Anti-Satellite Warfare and Space Weponry" - оспреевская книжка о военном применении космоса и противоспутниковом оружии )

Следующая порция плана: ракетоплану на жопу добавляется еще тормозной "зонт".
Сама по себе идея с зонтом, пожалуй, и может иметь определённый смысл, но только не в изображённой/описанной последовательности, конечно.
И авторы ПМ, кросавчеги, отожгли - "зонт призван отводить тепло из уплотнённого воздуха, обтекающего корабль", я валялся Блин, почему под моим столом так пыльно!

В завершение безобразия:

Ну, советские СА последних серий садившиеся на Венеру ("Венера-9" и далее) в принципе так и были устроены. Внешняя теплозащитная капсула-кожух после основного торможения отстреливалась освобождая научный аппарат. "Вега" так вообще аэростат таким образом на Венеру притащила и запустила.
Т.е. такое решение имеет право на существование, но описание в этой книжке конечно дубовое.

У "Венер" это не столько капсула, сколько теплозащитный экран. А он почти у всех СА - что межпланетных, что "земных" - отстреливается. Поэтому уже не аналогия челомеевского выкурыша.
Самая бредятина в другом - что КРЫЛАТЫЙ аппарат мало того, что в футляре, так еще и спускается по баллистике, практически по чистой баллистике.

Джентльмены, а у кого-нибудь есть КАЧЕСТВЕННЫЕ и внятные фото либо видео, сделанные из корабля, совершенно любого - хоть "Востока", хоть "Джемини", хоть шаттла, хоть чего - во время спуска? Они вообще в природе есть?
По всё, что нашёл (пара роликов с шаттла и съёмка с 4-хдневного полёта Джемини) - невнятно до ужаса, качество ужасающее, что там происходит за иллюминатором - вообще совершенно невзрачно и невнятно, будто туда высморкались.

Fakir
2008-08-31 14:50:12 А вот какую шикарную анашу курили в конце 50-х-начале 60-х в КБ Челомея:

Предлагалось крылатый СА прятать *внутри* капсулы - после торможения капсула-кожуъ с теплозащитой отстреливалась, птичка вылуплялась, и садилась на полосу.

Пых!

 

В тексте, похоже, ошибка.
Не УР-500, а УР-100 (или -200?)
По виду "соточная" головная часть.

Вот такую фиговину американские умельцы грозились испытать:


Обещали дюжину бочек арестантов следующие бонусы:









Ну и так, по мелочи еще...

Все эти чудеса - за счёт формы и какой-то передовой керамики теплозащитного покрытия. Подробности или не публиковались, или я пока не нашёл - возможно, речь о чём-то вроде диборидов гафния или циркония. На сайте есть видеоролик испытаний материала при помощи горелки, но это само по себе малоинформативно и не очень убедительно.

Однако уж полночь близится, а Германа всё нет...
Чё-т не везёт всем этим американским новаторским испытательным аппаратам... в лучшем случае все уползают вправо лет на пять, если не закрываются нафик...

Немного исскусства по теме (от Соколова & Леонова)
Практически до всех можно основательно докопаться


Вот, например - откуда такая звездообразная несимметричность?

Тут - мало того, что сам корабль весьма странный, так и, судя по форме скачка, скорость у него уже далеко не космическая (чего тогда светиться, спрашивается), ну а почему на лыжах никаких скачков нет - ваще загадка

Возвращение "Востока".
Форма скачка... мда, это скорее шарик в авоське... или стратостат падает?

Торможение "Венеры-9". Что за таинственный "предскачок" мы тут наблюдаем - тайна, покрытая мраком
Впрочем, возможна слеждующая трактовка - голубенький предскачок это именно скачок и есть, а то жёлтое, что за ним - погранслой, жирный такой
Но тогда еще более глубоким мраком окутывается вопрос, как скачку удалось отползти от шарика аж на его диаметр
Также непонятно, почему след за СА так ощутимо сужается - впрочем, это можно списать на перспективу

ВОЗВРАЩЕНИЕ «ЗОНДА»
СА "Зонда" почему-то куда больше похож на аполлоновский, да еще почему-то весь лоб у него на соты разбит - ну точно как у Аполло, тока покрупней раз в 10-20
Скачок опять убежал куда-то вперёд, а след имеет дивную форму

"Скоро Земля" или "Когда плавится металл"
Теплоизоляция надежно защищает космонавта от огромной температуры, вызванной трением об атмосферу. Пламя бушует за иллюминатором, по которому, подобно каплям дождя, стекают струйки расплавленного металла.

А вот пишут, что из композитов уже готовятся делать даже сопла ЖРД, терпят до 2500 градусов (правда, не вполне понятно, как долго):

Проведенные в Центре Келдыша исследования подтвердили, что углекомпозиты и углерод-керамические материалы, широко используемые для изготовления элементов конструкций носителей, газогенераторов и топливных баков, могут применяться также и в соплах современных ракетных двигателей, в том числе и ЖРД.
Из композиционных материалов (КМ) различных классов, прежде всего из углерод-углеродных (УУКМ) и углерод-керамических (УККМ), по современным технологиям изготавливаются прочные тонкостенные оболочки больших размеров. Целый ряд достоинств УУКМ и УККМ делают их весьма перспективными для использования в элементах проточных трактов ЖРД. Американская компания Pratt & Whitney и французская SEP разрабатывают крупногабаритные сопла из УУКМ CarboSEP для двигателя 3-й ступени РН «Дельта-3». В России комплексные работы в этом направлении ведутся по заказам РКА на ведущих предприятиях отрасли – в Центре Келдыша, КБХА, КБХМ, РКК “Энергия”.
Композиционные материалы на основе углерода обладают небольшой удельной массой. Наряду с этим они имеют значительную эрозионную стойкость и высокую прочность (?р и ?сж более 100 МПа), которая с ростом температуры до 2500 К даже возрастает.

В настоящее время разработаны технологии изготовления каркасов УУКМ из углеродных нитей или тканей с последующим их насыщением и созданием углеродной или углерод-карбидной матрицы. Промышленность освоила производство сравнительно недорогих двумерных и объемных (3D) образцов с уникальными физико-механическими свойствами и, в частности, сопел диаметром до 3 м, длиной до 2,6 м и толщиной стенки 1,5…2 мм.
В настоящее время новейшие технологии, нашедшие широкое применение в области ракетных твердотопливных двигателей, активно вторгаются в сферу создания ЖРД. Сравнительно недорогие неохлаждаемые сопла из композиционных материалов жидкостных реактивных двигателей почти в два раза легче металлических охлаждаемых сопел.

 

Причём условия довольно жёсткие: например, давление в камере сгорания 80 атм, температура продуктов сгорания 3560 К, температура огневой стенки 2100 К. Сопло выдержало 7 включений ЖРД без механических повреждений.

Суммарное время наработки на каждом сопле превышало 400 с, причем максимальная скорость эрозии огневой стенки была не выше 10^-4 мм/с (УУКМ) и 10^-5 мм/с для УККМ. Отличные результаты по эрозионной стойкости продемонстрировали сопла из УККМ сэндвичной структуры.

Безусловно, на поверхность СА влоб эти цифры переносить нельзя, но наводит на размышления... начинают мельтешить мысли о тепловом щите для "клипероподобного" (или иного с заметным аэродинамическим качеством) аппарата - щите хоть и одноразовом, но не абляционном при этом (или же "частично-абляционном"), за счёт этого более легким, а по совокупности - более дешёвом, нежели плиточная ТЗП классического шаттловского типа.

А "Буран"? Там правда температура поменьше градусов на 500, но черная, углерод-углеродная, плитка была на сотню раз расчитана.