Når Elon Musk fra SpaceX tweets noget interessant, skaber det en bølge af spænding. Så da han for nylig tweetede, at SpaceX muligvis arbejder på en måde at hente øverste faser af deres raketter, satte det en kæde af fascinerede svar i gang.
SpaceX vil forsøge at bringe raket-øverste scene tilbage fra orbitalhastighed ved hjælp af en kæmpe festballon
- Elon Musk (@elonmusk) 15. april 2018
SpaceX har hentet og genanvendt deres lavere faser i nogen tid nu, og det har sænket omkostningerne ved at lancere nyttelast i rummet. Men dette er den første antydning om, at de kan prøve at gøre det samme med øverste trin.
Twitter-respondere ønskede at vide nøjagtigt, hvad SpaceX har i tankerne, og hvad en "gigantisk festballon" måtte være. Musk har ikke uddybet endnu, men en af hans Twitter-tilhængere havde noget interessant at tilføje.
Quinn Kupec, en studerende ved University of Marylands James Clark School of Engineering, twitrede til Musk:
Hvis du foreslår, hvad jeg tror, du er, en ultra lav ballistisk adgangskoefficient decelerator, så skal du og @SpaceX komme og se, hvad vi har på @UofMaryland. Vi har arbejdet med dette i et stykke tid og er lige færdige med at teste pic.twitter.com/nJBvyUnzaK
- Quinn Kupec (@QuinnKupec) 16. april 2018
Space Magazine kontaktede Mr. Kupec for at se, om han kunne hjælpe os med at forstå, hvad Musk måtte have været ved. Men først lidt baggrund.
En "ultra lav ballistisk indgangskoefficient decelerator" er lidt af en mundfuld. Den ballistiske koefficient måler, hvor godt et køretøj kan overvinde luftmotstand under flyvning. En høj ballistisk koefficient betyder, at et køretøj, der genindføres, ikke mister hastigheden hurtigt og når jorden med høje hastigheder. En ultra lav ballistisk indgangskoefficient-decelerator mister hastigheden hurtigt, hvilket betyder, at et køretøj kører med lave, subsoniske hastigheder, inden det når jorden.
For at genvinde en booster i øverste trin er lave hastigheder ønskelige, da de genererer mindre varme. Men ifølge Kupec er der et andet problem, der skal overvindes.
”Hvad sker der, når disse ting bremser ned til landingshastigheder? Hvis dit tyngdepunkt er forskudt markant bag dit trækcenter, som det ville være tilfældet med en tilbagevendende øverste fase, kan det blive ustabilt. Hvis tyngdepunktet for genindkørselskøretøjet er for højt, kan det blive omvendt, hvilket naturligvis ikke er ønskeligt. ”
Så tricket er at sænke hastigheden på genindkørselskøretøjet til det punkt, hvor den varme, der genereres ved genindlæsning, ikke skader boosteren, og at gøre det uden at få køretøjet til at vende eller på anden måde blive ustabilt. Dette er ikke et problem for boosters i hovedscenen, som SpaceX nu rutinemæssigt genopretter; de har deres egne retroraketter til at guide deres nedstigning og landing. Men for boostere på øverste trin, der når orbitalhastigheder, er det en hindring, der skal overvindes.
”Min forskning er specifikt koncentreret om, hvor højt du kan skubbe tyngdepunktet og stadig bevare den rigtige flykonfiguration,” sagde Kupec.
Men hvad med den "gigantiske festballon", som Musk tweetede om?
Musk refererer måske farverigt til det, der kaldes en ballute. Ordet er en kombination af ordene ballon og faldskærm. De blev opfundet i 1950'erne af Goodyear Aerospace. De kan arrestere nedstigningen af indgangskøretøjer og give stabilitet under nedstigningen.
"... ballonen skulle være 120 ft i diameter og lavet af et stof med høj temperatur ..." - Professor Dave Akin, University of Maryland
Space Magazine kontaktede professor Dave Akin fra University of Maryland for en vis indsigt i Musks tweet. Professor Akin har arbejdet med reentry-systemer i over 2 årtier.
I en e-mail-udveksling fortalte professor Akin os: ”Der er blevet foreslået koncepter til at indsætte en stor ballon på et kabel, der er trukket bag dig ved indrejsen. Ballonen sænker din ballistiske koefficient, hvilket betyder, at du bremser højere i atmosfæren, og at varmebelastningen er mindre. ” Så nøglen er at skrubbe din hastighed, før du kommer nærmere Jorden, hvor atmosfæren er tykkere og genererer mere varme.
Men ifølge professor Akin vil dette ikke nødvendigvis være let at gøre. "For at få de to størrelsesordrereduktion i ballistisk koefficient, som Elon har talt om ballonen, skulle det være 120 ft i diameter og lavet af et stof med høj temperatur, så det bliver ikke så let."
Men Musks track record viser, at han ikke holder sig væk fra ting, der ikke er lette.
At hente øvre raketstadier handler ikke kun om at sænke lanceringsomkostninger, det handler også om rumskrot. Det europæiske rumfartsagentur estimerer, at der er over 29.000 stykker rumskrot, der kredser rundt om Jorden, og noget af dette skrammel bruges forstærkere i øverste fase. Der har allerede været nogle kollisioner og ulykker, hvor nogle satellitter blev skubbet ind i forskellige kredsløb. I 2009 kolliderede Iridium 33-kommunikationssatellitten og den nedlagte russiske Cosmos 2251-kommunikationssatellit med hinanden og ødelagde begge. Hvis SpaceX kan udvikle en måde at hente sine boostere på øverste trin, betyder det mindre rumskrot og færre potentielle kollisioner.
Der er en klar præcedens for at bruge balloner til at styre gentagelse. Med folk som Professor Akin og Quinn Kupec, der arbejder på det, behøver SpaceX ikke at genopfinde hjulet. Men de vil stadig have en masse arbejde at gøre.
Musk twitrede en anden ting kort efter sin “gigantiske festballon” -tweet:
Og land derefter på et hoppende hus
- Elon Musk (@elonmusk) 16. april 2018
Der er endnu ikke noget ord om, hvad det måtte betyde.
Elon Musks “gigantiske festballon” -tweet: https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Quinn Kupecs tweet: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872
