12 декември 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Премеждията на японското чудо Акацуки

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 10 декември 2015 в 10:5765321
Снимка: JAXA

След съобщението на Японската аерокосмическа агенция JAXA, че апаратът Акацуки успешно е влязъл в орбита около Венера, решихме да ви запознаем по-подробно с техническите данни за това "японско чудо" и за неговите премеждия.

Със скромно си тегло около 500 кг при старта (например съветският "Венера" ​​е с тегло 5 тона), сондата "Акацуки" носи шест научни инструмента. За да се побере цялата научна апаратура и да остане място за двигатели и гориво са използвани хитри технически решения и иновативни технологии.

Едно от конструктивните решения за спестяване на тегло е частичното обединяване на двигателните системи за маневри и тласкащите напред устройства - при повечето космически апарати те работят отделно. Тласкащите напред двигатели обикновено работят с еднокомпонентно гориво - или сгъстен газ (например азот), или химически нестабилно вещество, разлагащо се с отделяне на топлина при добавяне на катализатор (често се използват водороден прекис или производни на хидразин). В тези двигатели обикновено се използва смес от гориво и окислител, тъй като ефективността на тази смес е по-висока от еднокомпонентното гориво. Междупланетните космически кораби обикновено се зареждат със смес от производни на хидразина с азотен тетраоксид (N2O4). И двете вещества могат да се съхраняват за дълъг период от време в течно състояние при високи температури, а при смесване те се самовъзпламеняват.

Така японците едновременоо отстраняват два проблема - компонентите на горивото могат да се съхраняват продължително време при междупланетно пътуване, дори и без сериозна топлоизолация, както и отпада сложната и потенциално ненадеждна система за запалване във вакуум. Конструкторите на "Акацуки" са предвидили да се използва едно и също гориво - хидразин - от един и същи резервоар и за системата за маневри, и за основния двигател с двукомпонентно гориво. Това решение в крайна сметка спаси апарата.

С иновативна технология е направена и дюзата на двигателя - с топлоустойчива керамика от (силициев нитрид Si3N4) вместо скъпите сплави от редкоземни метали. По време на работа, двигателят е подложен на високи топлинни натоварвания и за да се охлади горещата смес, тя се подава обогатена с гориво, а "излишното" гориво се впръсква по стените, което при изпарението си ги охлажда и полученият слой пари го предпазва от топлината.


FC - "Film Cooling", охлаждащ филм.

Горивото и окислителя се подават в двигателя за сметка на това, че в резервоарът те са под налягане. Това означава, че към резервоарите със специални клапани е свързан допълнителен резервоар на сгъстен газ (в този случай - с хелий) под налягане, който създава потока течност към двигателя и предотвратява обратен поток (който може да възникне от високото налягане по време на горенето). Степента на отваряне на клапана се контролира от бордовия компютър, така че потоците гориво и окислител по време на работа на двигателя да са постоянни.

Така на 7 декември, 2010 основният двигател на сондата с уникалната керамична дюза трябваше да се включи и да поработи в продължение на 12 минути, за да влезе в орбитата на Венера. Но сондата загубва връзка със Земята (точно както е планирано, маневрата е насрочена за момента, когато апаратът е в сянката на Венера) и двигателят не се включва. Когато връзката със Земята се възстановява и командният център получава телеметрията, бързо става ясна причината за отказа.

Ето една графиката на ускорението на апарата по време на работата на двигателя. Вижда се нещо странно: при постоянна тяга ускорението би трябвало да се увеличи, тъй като масата на апарата намалява с изгореното гориво. Специалистите на JAXA бързо разбрали, че потокът от един от компонентите на горивото е нарушен, което е причинило намаляването на тягата.

Започнал да намалява притокът на гориво. Това се случило поради корозия на клапана от налягането на парите на хидразина. Тапата от соли попречила на пълното отваряне на вентила, в резултат на това налягането в резервоара за гориво се понижило, горивото постъпвало в горивната камера все по-бавно, поради което спаднала и тягата. Но спадът на тягата не е страшен сам по себе си, защото изключването на двигателя автоматично е програмирано да стане след като се достигне предварително определено увеличение на скоростта. При ниска тяга маневрата просто ще отнеме по-дълго време. Проблемът бил в това, че горивната смес престанала да бъде обогатена с гориво, което означава, че охлаждащият ефект на неизгорелия хидразин вече не работил. След 152 секунди с двигателя се случило нещо, което намалило тягата на половина.

Телеметрията от датчиците за скоростта показала, че точно в този момент апаратът е започнал да се движи по спирала, което е показател за асиметрия на тягата. И така, при намаляването на тягата изглежда се е появил страничен компонент. Какво може да се е случило? Очевидно е, че част от струята е насочена настрани. Ако дюзата беше метална, това би означавало, най-вероятно, че е прегорена дупка, през която излиза встрани част от реактивната струя. В случая от високотехнологичната керамика се е отделило голямо парче.

Вляво - здрава дюза, вдясно - нарушена.

Когато скоростта на отклонение достигнала критичната стойност от 12 градуса в секунда, бордовата автоматика най-накрая "разбрала", че нещо не е наред и изключва двигателя, в резултат на което сондата прелита покрай Венера вместо да влезе в орбита.

При наземните тестове успяват да възпроизведат как намаляването на тягата при прекратяване на подаването на газа под налягане и горивото са счупили дюзата. Останал неясен точно какъв е мащаба на повредата. Ако е само малка част, при следващото сближаване може да се влезе в орбита с няколко кратки включвания на двигателя, като след всяко да се коригира с двигателите за маневриране. За съжаление, опитът при повторното пускане на двигателя показал 10% от номиналната тяга, което означавало само едно - дюзата си е отишла напълно.

Въпреки това, една 35-годишна жена, Чикако Хиросе, за която ви разказахме миналия път успява да намери решение.

Тя първо ориентира апарата в правилната посока и освобождава в космоса окислителя, който вече е само баласт, от което се увеличава скоростта, след това прави маневра с двигателите за ориентация. Това позволи след пет години да се достигне отново до първоначалната цел. След това останалият хидразин е използван като еднокомпонентно гориво за двигателите за ориентиране и "Акацуки"' успешно влиза орбита, макар и не точно тази, която първоначално е била планирана. 

Да се надяваме, че чудотворното спасяване на космическия кораб ще ни позволи да научим повече за вселената. Този път, за щастие, сондата ще може почти изцяло да изпълни първоначално заложената програма. Ще има възможност да се проучи Венера с новите IR и UV камери от близко разстояние, които може да покажат най-неочаквани резултати. 


Препоръчани материали
Спас 10.12 2015 в 13:39 1
+ 12
- 0
Поздравления !
 
Още от : Новини
5 изненадващи факта за Коледа
5 изненадващи факта за Коледа
24 декември 2019 в 00:135428
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.