IRVE: nadmuchiwana osłona termiczna

[alnitak]

Na Parabolicu piszą że dzięki takim osłonom będzie można sprowadzać na ziemie np.jednorazowego Cygnusa i inne ładunki z ISS.

[jmvh]

3. Być może mój angielski jest zbyt słaby ("and one last layer of defense - a gas barrier - that keeps the hot gases from reaching the inflatable structure"), może za słabo rozumiem takie kwestie techniczne. Ale skoro twierdzisz, że taki jest wydźwięk tego tekstu, to przyjmuję.

Podsumowując: zdołano skonstruować takie materiały, które po usztywnieniu pneumatyczną strukturą mają pojemność cieplną dorównującą pojemności cieplnej płytek wahadłowca.

Ekspertem nie jestem, ale mówienie o "pojemności cieplnej" coś wyjątkowo nie leży mi na żołądku. Wolę takie np. takie obciążenie termiczne i konkretne cyferki, tutaj mamy jakieś 15-20 W/cm² (i są perspektywy na więcej, szczególnie polecam ten pdf do poduszki: ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110012051_2011012600.pdf !), przykładowo osłona MSL może wytrzymać około dwieście W/cm² - a to dalej Mars, może trajektoria jest bardziej wymagająca, co wymusiło użycie PICA i osłona o większej powierzchni będzie miała mniejsze obciążenie lecz we're not there yet.

[JSz]

Dzięki za tekst - to materiał nie na jeden wieczór! A pojemność cieplna to też jak najbardziej konkretne cyferki, zwłaszcza gdy porównujemy konkretne materiały... ale nie o tym chciałem. Jeśli rzeczywiście uda się coś takiego zrobić, to będzie to oznaczało triumf kapsuł nad wahadłowcami, czy ogólnie nad statkami "lifted body". Kapsuły będą mogły być znacznie lżejsze, o ile rzeczywiście całe oprzyrządowanie tych nadmuchiwanych osłon będzie lekkie.

Na Parabolicu piszą że dzięki takim osłonom będzie można sprowadzać na ziemie np.jednorazowego Cygnusa i inne ładunki z ISS.

Jeśli to się sprawdzi, to właściwie wszystko będzie można sprowadzać w ten sposób z orbity. Ale przypuszczam, że do pewnej masy granicznej.

[Matias]

Na Parabolicu piszą że dzięki takim osłonom będzie można sprowadzać na ziemie np.jednorazowego Cygnusa i inne ładunki z ISS.

Wydaje mi się, że właśnie Cygnusa z taką osłoną widać na pierwszym obrazku w tym wątku.

[Matias]

Co do godzin: "The IRVE-3 launch is on schedule for Monday July 23. The launch window for all rockets, including several to test tracking systems and gather atmospheric data, is 5 to 8 a.m. The launch window for the IRVE-3 on the Black Brant XI sounding rocket is 7 to 7:40 a.m Web and NASA TV coverage will begin at 5 a.m." - mógłby ktoś skonfrontować to z jego zdolnościami przeliczania czasów?

Tekst pochodzi ze strony ośrodka Wallops na wschodnim wybrzeżu USA, wnioskuję więc, że różnice czasu wynoszą 6h. Zatem dzisiaj, czyli w poniedziałek, pomiędzy godziną 11:00 a 14:00 wystrzelona zostaną różne rakiety sondujące, w tym nasza tytułowa misja IRVE-3, co poleci na rakietce Black Brant XI pomiędzy 13:00 a 13:40 czasu polskiego.

[luksol]

W nawiazaniu do dyskusji o IRVE, tutaj jest ciekawy dokument o czyms nieco podobnym:
http://www.nianet.org/rascal/forum2006/presentations/1010_umd_paper.pdf
OSlona nie nadmuchiwana, ale rozkladana.

[Trafiony]

Ten cytat

"Usually, the thermal protection system is made up of an outer layer than can take the high heat; middle layers that insulate and keep the inflatable structure cooler; and one last layer of defense - a gas barrier - that keeps the hot gases from reaching the inflatable structure."

pochodzi z tej strony

http://www.nasa.gov/offices/oct/game_changing_technology/game_changing_development/HIAD/heat-is-on.html

Proponuje założyć że autor nie za bardzo wiedział o czym pisze, jakiś fachowiec od PR, więc namieszał. Tam pewnie chodziło o to, że gazowa bariera to pierwsza linia obrony. Bo tak jest, dlatego obiekty powracające na ziemię mają tępe krawędzie natarcia, aby przed nimi powstała powietrzna poducha. O ile pamiętam, gdzieś to chyba czytałem (), temperatura powietrza przed tą poduchą przekracza 10 tys. stopni Celsjusza. Za poduchą jest pierwsza warstwa izolująca, z materiału który cechuje zdolność do bardzo szybkiego wypromieniowania ciepła (on nie gromadzi ciepła) i który wytrzymuje bardzo wysokie temperatury. A dopiero za nią warstwa izolacji, czyli warstwa słabo przewodząca ciepło.
A co do tego pomysłu. To dziwię się że nie próbują ze spadochronem, albo raczej kosmiczną paralotnią.  Mieliby zapewne dużo lepszy stosunek powierzchni czołowej do masy, możliwość kierowania lotem i możliwość wypromieniowania ciepła na obydwie strony. A osłonę w postaci małego balonu na przód konstrukcji mogliby założyć dla jej zabezpieczenia przed spaleniem, ale samo spowalnianie i kierowanie byłoby paralotnią. Problem z tym nagrzewaniem tak naprawdę bierze się stąd, że opór aerodynamiczny rośnie z drugą potęgą prędkości, gdy nagrzewanie z trzecią. Stąd w pierwszej fazie wejścia w atmosferę obiekty bardzo się grzeją, a powoli tracą prędkość, bo opór aerodynamiczny jest wciąż mały. Wpadają z tą dużą prędkością w coraz gęstsze warstwy atmosfery, i się bardzo nagrzewają. A gdyby tak udało się powierzchnie oporu czołowego zwiększyć powiedzmy 10 krotnie, wtedy powracający obiekt zwalniałby znacznie szybciej. I o to w tym chyba głównie chodzi. Ale ja bym obstawiał spadochron, paralotnię.

[JSz]

dziwię się że nie próbują ze spadochronem, albo raczej kosmiczną paralotnią.  Mieliby zapewne dużo lepszy stosunek powierzchni czołowej do masy, możliwość kierowania lotem i możliwość wypromieniowania ciepła na obydwie strony.

Wydaje mi się, że główny problem ze spadochronem/paralotnią jest taki, że sama powierzchnia statku wracającego do atmosfery całkowicie wystarcza do jego wyhamowania. A szybsze wyhamowanie nie jest korzystne, gdyż wówczas musimy szybciej pozbywać się energii cieplnej, która powstaje z energii kinetycznej. Zatem spadochron po prostu nie jest potrzebny, a raczej by przeszkadzał. Nie mówimy oczywiście o ostatnim etapie lądowania, gdy prędkość statku jest już niewielka.

[luksol]

To dziwię się że nie próbują ze spadochronem, albo raczej kosmiczną paralotnią. ...

Spadochrony nie dadza rady przy takich predkosciach i temperaturach. Dlatego najpierw hamuje sie za pomoca tarcie. Dopiero pozniej, po wyhamowaniu, gdy tarcie juz nie wystarcza, tj w ogole albo w bardzo malym stopniu hamuje, uzywa sie spadochronow. 'Paralotnia' bedzia miala problem tego samego typu co spadachron.

[jmvh]

A szybsze wyhamowanie nie jest korzystne, gdyż wówczas musimy szybciej pozbywać się energii cieplnej, która powstaje z energii kinetycznej. Zatem spadochron po prostu nie jest potrzebny, a raczej by przeszkadzał.

Zwiększając hamowanie poprzez rozkładanie tego i owego zmniejszamy wartość współczynnika balistycznego, czyli łopatologicznie ilości masy na jednostkę powierzchni stawiającej opór. I owszem, robi się ekstremalnie, ale w drugą stronę. Akurat na forum mamy wątek z przydatnym wykresem:

"Lepsza" krzywa dotyczy mniej lotnej konstrukcji stawiającej większy opór i hamującej szybciej, do tego wcale nie z jakimiś dużymi przeciążeniami.

Ten cytat

"Usually, the thermal protection system is made up of an outer layer than can take the high heat; middle layers that insulate and keep the inflatable structure cooler; and one last layer of defense - a gas barrier - that keeps the hot gases from reaching the inflatable structure."

pochodzi z tej strony

http://www.nasa.gov/offices/oct/game_changing_technology/game_changing_development/HIAD/heat-is-on.html

Proponuje założyć że autor nie za bardzo wiedział o czym pisze, jakiś fachowiec od PR, więc namieszał. Tam pewnie chodziło o to, że gazowa bariera to pierwsza linia obrony.

Nope. To nie jest bariera z gazu, ale dla gazu, zrobiona z Kaptonu. Jest o tym np. w pdf-ie, który podlinkowałem.

[jmvh]

http://www.ustream.tv/channel/nasa-wallops?rmalang=en_US
Właśnie mamy głosowanie, wszytko jak do teraz green.

[JSz]

Próba zakończyła się sukcesem! Szczegóły: http://www.nasa.gov/home/hqnews/2012/jul/HQ_12-250_IRVE-3_Launch.html.

[JSz]

Rakieta balistyczna wyniosła IRVE-3 na wysokość ok. 450 km, po czym ładunek z prędkością 3,4 km/s wrócił do atmosfery. Masa testowanej osłony wynosiła 310 kg.

[Romek63]

Skoro próba zakończyła się sukcesem to teraz ciekawe będzie w jakiej misji i kiedy po raz pierwszy taką nadmuchiwaną osłonę termiczną zastosują ?  Chyba największą zaletą tej osłony jest jej mała masa, więc pewnie do jakiś bardziej odległych wypraw... Chociaż z drugiej strony 310 kg to nie tak mało. Myślałem że ma znacznie mniejszą masę. Pojawiła się też informacja na ten temat na portalu kosmonauta.net :
http://www.kosmonauta.net/index.php/Misje-bezzalogowe/Suborbitalne/2012-07-24-irve3.html





Tak się też zastanawiam po co im te maski na ustach ?

[JSz]

Skoro próba zakończyła się sukcesem to teraz ciekawe będzie w jakiej misji i kiedy po raz pierwszy taką nadmuchiwaną osłonę termiczną zastosują ? 

Jak wyniku z materiału, do którego link zapodał JMVH, będzie jeszcze lot IRVE-4, z grubsza podobny do obecnego, a potem jeszcze HEART (High Energy Atmospheric Re-entry Test), który już z pełną prędkością orbitalną uderzy w atmosferę (7,91 km/s). Ilustrujący to wykres poniżej (uwaga: w opisie osi jest błąd - na osi poziomej zamiast "Altitude [km]" powinno być "Velocity [km/s]", tak sądzę...).