En ny generation af rumfly drager fordel af det nyeste inden for teknologi
NASA's rumfærge opererede i lav kredsløb om Jorden i 30 år før dens pensionering i 2011. Den amerikanske rumfartsorganisations afløser for dette køretøj, Orion, vendte dog tilbage til det koniske kapseldesign, som var kendt fra Apollo-missionerne. Dette skyldtes, at NASA havde til hensigt, at dette nyere fartøj skulle bruges til at udforske mål i det dybe rum, såsom månen.
Men i de senere år har vi set en tilbagevenden af rumflyverdesignet. Siden 2010 har US Space Force (og tidligere US Air Force) lanceret et robot-rumfly kaldet X-37B i lav kredsløb om jorden på klassificerede missioner. Kina har sit eget militære rumfly kaldet Shenlong.
Dette år kunne se en testflyvning af selskabet Sierra Space's Dream Chaser - det første kommercielle rumfly, der er i stand til at flyve i kredsløb. Hvis alt går vel, kan køretøjet bruges til at forsyne den internationale rumstation (ISS) med last og i sidste ende besætning.
Rumfly kan flyve eller glide i jordens atmosfære og lande på landingsbaner i stedet for at bruge faldskærme til at lande i vand eller flad jord som kapsler. De er også mere manøvredygtige, når rumfartøjet kommer ind i atmosfæren igen, hvilket øger arealet af Jordens overflade, hvor det er muligt at lande fra et bestemt genindgangspunkt.
Rumfly tillader også en blidere, men længere flyvevej under genindstigning og en blødere landing, hvilket er lettere for besætning og last end kapsler, som kan lande med et dunk. En landingsbane gør det også muligt for jordstøttebesætninger og infrastruktur at være klar ved landingsstedet.
Omkostninger og kompleksitet
Men rumfly er mere komplekse og tungere end en tilsvarende kapsel. Den bevingede kropsform udgør en særlig udfordring for at designe termiske beskyttelsessystemer (TPS) - de varmebestandige materialer, der beskytter fartøjet mod brændende temperaturer ved genindstigning. Disse ekstra omkostninger betyder, at det er upraktisk at designe et rumfly til en enkelt flyvning. De skal bruges igen og igen for at være levedygtige.
Der har været interesse for rumfly fra de tidligste dage af menneskelig rumflyvning. Et militært rumflyprojekt kaldet Dyna-Soar blev startet i USA i 1957, og derefter aflyst lige efter byggeriet startede. Køretøjet var sofistikeret for sin tid, bygget ved hjælp af en metallegering, der er i stand til at modstå høje temperaturer, og med et varmeskjold foran, der kunne løsnes, efter at det vendte tilbage fra rummet, så piloten kunne se klart, når han landede.
Rumfærgen, som kom i drift i 1981, var det første operationelle rumfly. Det var meningen, at den skulle lanceres oftere end den gjorde og have større genanvendelighed, men det viste sig, at der var behov for omfattende renovering mellem lanceringerne. Det demonstrerede dog evnen til at returnere astronauter og stor last fra kredsløb.
Andre rumbureauer investerede i 1980'erne og 1990'erne i Europa med Hermes-rumflyet og Japan med HOPE-fartøjet. Begge programmer blev aflyst for en stor del på grund af omkostninger. Sovjetunionen udviklede sit eget shuttle-lignende køretøj kaldet Buran, som med succes fløj til rummet én gang i 1988. Programmet blev aflyst efter Sovjetunionens sammenbrud.
Føler varmen
Rumflyvere har specifikke krav til den sidste del af deres rejser – når de vender tilbage fra rummet. Under atmosfærisk genindtræden opvarmes de til over tusind grader Celsius, når de rejser med hypersoniske hastigheder på over syv kilometer i sekundet - mere end 20 gange lydens hastighed. Et stumpt næsedesign (hvor kanten af rumfartøjet er afrundet) er en ideel form, fordi det reducerer varmeopbygningen i den forreste del af køretøjet.
Alligevel kan de forventede temperaturer, som fartøjet oplever, stadig være så høje som 1600°C, hvilket nødvendiggør et termisk beskyttelsessystem på ydersiden af køretøjet. Rumfærgen TPS inkluderede keramiske fliser, der var særligt varmebestandige og en forstærket kulstof-kulstof-matrix, der var i stand til at modstå temperaturer helt op til 2400°C.
Tabet af Columbia-shuttlen under genindsejlingen i 2003, hvilket forårsagede syv astronauters død, var resultatet af et brud i TPS på forkanten af vingen. Dette skyldes, at et stykke isolerende skum fløj af rumfærgens ydre tank under Columbias opsendelse og ramte vingen.
Dette skumproblem var tilbagevendende med rumfærgen på grund af den måde, den blev lanceret på siden af den eksterne drivmiddeltank. Men nyere rumflydesigner vil flyve oven på konventionelle raketter, hvor faldende skum ikke er et problem.
En effektiv TPS er fortsat afgørende for rumflyvernes fremtidige succes, ligesom systemer, der overvåger TPS-ydelsen i realtid.
Nuværende køretøjer
Der er i øjeblikket to rumfly i drift, et kinesisk og et amerikansk, som kan nå i kredsløb. Lidt information er tilgængelig om Kinas Shenlong, men det amerikanske militærs X-37B er bedre kendt. Med en vægt på tæt på fem tons ved opsendelsen affyres det ni meter lange, ubemandede køretøj ved hjælp af en konventionel raket og lander autonomt på en landingsbane ved slutningen af sin mission.
X-37B's TPS bruger fliser svarende til shuttlen over den nederste overflade med et billigere alternativ til forstærket kulstof kaldet Tufroc, udviklet til X37B, på næsen og forkanterne.
De skulle snart få selskab af Dream Chaser, som blev udviklet af virksomheden til at transportere både last og astronauter, men NASA ønsker at bevise sin sikkerhed, før de transporterer folk ved at bruge den til at transportere last til rumstationen først. Evnen til at returnere forholdsvis skrøbelig last til overfladen på grund af en blødere landing er en nøglefunktion. Fliserne, der beskytter Dream Chaser, er lavet af silica, og hver har en unik form, der passer til det område på køretøjet, de er designet til at beskytte.
Fremtidig udvikling
Der er fortsat interesse for rumfly på grund af deres evne til at returnere besætning og last til en landingsbane. Efterspørgslen efter denne kapacitet er begrænset nu. Men hvis omkostningerne ved opsendelse til rummet fortsætter med at falde, og en udvidelse af industrien i rummet øger efterspørgslen, vil de blive et stadig mere levedygtigt alternativ til kapsler.
På længere sigt er der også potentiale for rumfly, der er i stand til at nå kredsløb efter at have lettet fra en landingsbane. Udfordringerne ved at udvikle disse single-stage-to-orbit (SSTO) køretøjer er betydelige. Koncepter som Skylon-køretøjet fører imidlertid til tekniske udviklinger, der i sidste ende kan understøtte udviklingen af et SSTO-fartøj.
I en overskuelig fremtid ser rumflyvere lovende ud af følgende årsager:nye designteknikker, forbedrede materialer til TPS, avancerede computermodellerings- og simuleringsværktøjer til optimering af forskellige aspekter af design og flyveparametre og løbende forbedringer i fremdriftssystemer.
I betragtning af, at adskillige regeringer, rumbureauer og private virksomheder verden over investerer massivt i forskning og udvikling af rumfly, kan vi se en fremtid, hvor flyvninger med disse køretøjer bliver rutine.
Leveret af The Conversation
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel. 
Varme artikler
-
Isøer på Mars og Pluto kan afsløre tidligere klimaændringerEksempler på krateraflejringer fra THEMIS IR-mosaikken i dagtimerne i det sydpolare område på Mars. (a) cirkumpolære kraterfyldende aflejringer i et unavngivet krater (b) Stablede cirkumpolære kraterf -
Analyse af Mælkevejen Fermi-bobleskyer med høj hastighed tyder på en fremmed oprindelseKredit:Unsplash/CC0 Public Domain Et team af forskere med tilknytning til flere institutioner i USA har fundet ud af, at metalindholdet i Fermi-boble højhastighedsskyer ikke stemmer overens med mat -
Solar Orbiter kommer først tæt på solenESAs soludforsker Solar Orbiter nåede sit første perihelium, punktet i dens bane nærmest stjernen, den 15. juni 2020, komme så tæt som 77 millioner kilometer på stjernens overflade. Kredit:ESA/Mediala -
Nyligt opdaget solsystem kunne så liv mellem tilstødende exoplaneterIllustrationen viser, hvordan hver af TRAPPIST-1 planeterne kan se ud, baseret på tilgængelige data om deres størrelser, masser og kredsløbsafstande. Kredit:NASA/JPL-Caltech Efter at NASA i februa
- Ny indsigt i de tidlige stadier af krybdeformation
- Luftforurening kan have skjult tab af havis i midten af det 20. århundrede
- En ny lektion om faseovergange og kritikalitet
- Insidere på rulle med YourPhone -appen til Windows 10
- Finansielle uddannelsesprogrammer, indkomstbaserede tilbagebetalingsplaner fremmer velstand
- Nanopartikler har brug for lidt plads til at overføre energi