Musk säger att SpaceX kommer att använda en gigantisk partyballong för att ta tillbaka en övre scen. Vänta, va?
När Elon Musk av SpaceX twittrar något intressant, det genererar en våg av spänning. Så när han twittrade nyligen att SpaceX kanske arbetar på ett sätt att hämta de övre stadierna av sina raketer, startade det en kedja av spännande svar.
SpaceX kommer att försöka få tillbaka raketens övre scen från omloppshastigheten med hjälp av en gigantisk partyballong
— Elon Musk (@elonmusk) 15 april 2018
SpaceX har hämtat och återanvänt sina lägre steg sedan en tid tillbaka, och det har sänkt kostnaden för att skjuta upp nyttolaster i rymden. Men detta är den första antydan om att de kan försöka göra detsamma med övre stadier.
Twitter-svarare ville veta exakt vad SpaceX har i åtanke och vad en 'gigantisk partyballong' kan vara. Musk har inte utvecklat ännu, men en av hans Twitter-följare hade något intressant att tillägga.
Quinn Kupec, en student vid University of Marylands James Clark School of Engineering twittrade till Musk:
Om du föreslår vad jag tror att du är, en ultralåg ballistisk ingångskoefficient retardator, då du och @SpaceX ska komma och se vad vi har på @UofMaryland . Vi har arbetat med det här ett tag och har precis avslutat några tester pic.twitter.com/nJBvyUnzaK
- Quinn Buyer (@QuinnKupec) 16 april 2018
Universe Today kontaktade Mr. Kupec för att se om han kunde hjälpa oss att förstå vad Musk kan ha menat. Men först lite bakgrund.
En 'ultra låg ballistisk ingångskoefficient-decelerator' är lite av en munsbit. Den ballistiska koefficienten mäter hur väl ett fordon kan övervinna luftmotstånd under flygning. En hög ballistisk koefficient innebär att ett återinträdesfordon inte skulle förlora hastighet snabbt och skulle nå jorden med höga hastigheter. En inbromsare med ultralåg ballistisk ingångskoefficient skulle tappa fart snabbt, vilket innebär att ett fordon skulle färdas med låga, subsoniska hastigheter innan det når marken.
För att återvinna en överstegsbooster är låga hastigheter önskvärda, eftersom de genererar mindre värme. Men enligt Kupec finns det ett annat problem som måste övervinnas.
'Vad händer när dessa saker saktar ner till landningshastigheter? Om din tyngdpunkt är förskjuten avsevärt bakom din motståndscentrum, vilket skulle vara fallet med ett återvändande övre steg, kan det bli instabilt. Om tyngdpunkten för återinträdesfordonet är för hög kan den vändas upp och ned, vilket uppenbarligen inte är önskvärt.”
Så tricket är att sänka hastigheten på återinträdesfordonet till en punkt där värmen som genereras av återinträde inte skadar boostern, och att göra det utan att få fordonet att vända eller på annat sätt bli instabilt. Detta är inte ett problem för huvudscenboosters som SpaceX nu rutinmässigt återställer; de har sina egna retroraketer för att styra deras nedstigning och landning. Men för de övre stegens boosters, som når omloppshastigheter, är det ett hinder som måste övervinnas.
'Min forskning är specifikt inriktad på hur högt du kan skjuta upp tyngdpunkten och ändå behålla den korrekta flygkonfigurationen,' sa Kupec.
Men hur är det med den 'gigantiska partyballongen' som Musk twittrade om?
Musk kan i färgglada termer syfta på vad som kallas a ballut . Ordet är en kombination av orden ballong och fallskärm. De uppfanns på 1950-talet av Goodyear Aerospace. De kan stoppa nedstigningen av infartsfordon och ge stabilitet under nedstigningen.
'...ballongen måste vara 120 fot i diameter och gjord av ett högtemperaturtyg...' – Professor Dave Akin, University of Maryland
Universe Today kontaktade professor Dave Akin vid University of Maryland för att få en inblick i Musks tweet. Professor Akin har arbetat med system för återinträde i över två decennier.
I ett e-postutbyte berättade professor Akin för oss: 'Det har föreslagits koncept för att placera ut en stor ballong på en kabel som bogseras bakom dig vid inresan. Ballongen sänker din ballistiska koefficient, vilket innebär att du bromsar högre i atmosfären och värmebelastningen är mindre.” Så nyckeln är att skrubba din hastighet innan du kommer närmare jorden, där atmosfären är tjockare och genererar mer värme.
Men enligt professor Akin kommer detta inte nödvändigtvis att vara lätt att göra. 'För att få de två storleksordningar för minskning av ballistisk koefficient som Elon har talat om måste ballongen vara 120 fot i diameter och gjord av ett högtemperaturtyg, så det kommer inte att bli så lätt.'
Men Musks meritlista visar att han inte drar sig för saker som inte är lätta.
Att hämta övre raketsteg handlar inte bara om att sänka uppskjutningskostnaderna, det handlar också om rymdskräp. De Europeiska rymdorganisationen uppskattar att det finns över 29 000 stycken rymdskräp som kretsar runt jorden, och en del av det skräpet går åt till boosters på övre scenen. Det har redan förekommit några kollisioner och olyckor, där vissa satelliter har tryckts in i olika omloppsbanor. 2009 kolliderade kommunikationssatelliten Iridium 33 och den nedlagda ryska kommunikationssatelliten Cosmos 2251 med varandra och förstörde båda. Om SpaceX kan utveckla ett sätt att hämta sina boosters i övre steget, betyder det mindre rymdskräp och färre potentiella kollisioner.
Det finns ett tydligt prejudikat för att använda ballonger för att hantera återinträde. Med människor som Professor Akin och Quinn Kupec som arbetar med det, behöver SpaceX inte uppfinna hjulet på nytt. Men de har fortfarande mycket att göra.
Musk twittrade en annan sak kort efter sin 'gigantiska partyballong' tweet:
Och landa sedan på ett hopphus
— Elon Musk (@elonmusk) 16 april 2018
Inget ord än om vad det kan betyda.
Elon Musks tweet av 'gigantisk partyballong': https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Quinn Customers tweet: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872