Wie bleiben Satelliten im Orbit? Die wichtigsten Herausforderungen verstehen
Autor: Sean Kane
Mutig gehen. Zusammen.
Zu keinem anderen Zeitpunkt in unserer Geschichte haben wir die Grenzen der Raumfahrt so weit verschoben – jetzt ist es jede Woche in den Nachrichten. Fremde neue Welten zu erkunden und mutig dorthin zu gehen, wo noch kein Mann und keine Frau zuvor gewesen ist, könnte durchaus zu einem „Ding“ werden. Selbst der Abflug ins Ausland könnte bald zu einem Extremurlaub werden.
Erst letzten Monat erkundete ein chinesischer Rover die andere Seite des Mondes. Bei derselben Mission keimte auch erfolgreich eine Baumwollpflanze – und war damit das erste Mal, dass biologische Materie auf dem Mond gezüchtet wurde.
Kürzlich teilte SpaceX-Gründer Elon Musk Fotos seines Raumschiffs Raptor, während er das Mantra seines Unternehmens rezitierte: „Eine sich selbst tragende Stadt auf dem Mars bauen“. Sein Motor soll sowohl die Rakete beim Start als auch das Raumschiff im Weltraum antreiben.
Für den Durchschnittsbürger sind Nachrichten wie diese alltäglich geworden. Immerhin hat China letztes Jahr 39 Raketen ins All geschickt, die USA 34 und Russland 20. Aber an die Menschen, die herausgefordert sind, die Nadel – oder die Rakete – schneller und weiter zu bewegen, die Milliarden von Details und Tausende von Herausforderungen, die dazu führen Ein einziger Start ist entmutigend.
Lassen Sie sich nicht von der Schwerkraft unterkriegen
Exzellent! Wir haben eine Rakete. Was jetzt? Scheint, als müssten wir ein paar Berechnungen durchführen. Wenn es unser Ziel ist, unsere Rakete in den Weltraum zu befördern, muss sie eine Geschwindigkeit erreichen, die mehr als das Zwanzigfache der Schallgeschwindigkeit beträgt – mindestens 20 Meilen pro Sekunde (4.9 Kilometer pro Sekunde) – was als Umlaufgeschwindigkeit bezeichnet wird. Aber wie bleiben Satelliten im Orbit, wenn sie den Weltraum erreichen?
Irgendwann im Physikstudium haben wir gelernt, dass die Anziehungskraft eines Objekts umso größer ist, je schwerer es ist. Wenn wir also das Gewicht unserer Rakete reduzieren können, ist es logisch, dass sie leichter vom Boden abhebt und weniger Treibstoff benötigt, um ihre Aufgabe zu erledigen.
Fügen Sie zu unseren Gewichtsberechnungen die Kosten hinzu. Experten schätzen, dass jedes in den Weltraum transportierte Kilogramm etwa 2.2 US-Dollar kostet. [Allerdings wurde Elon Musk zitiert, er glaube, dass 20,000 US-Dollar pro Pfund oder weniger durchaus erreichbar seien.] Es ist also leicht zu erkennen, dass wir die Kosten unseres Projekts erheblich senken können, wenn wir das Gewicht unseres Satelliten auch nur um einen winzigen Betrag reduzieren können . Flugzeughersteller wie Airbus haben den Beweis gesehen. Letztes Jahr begann das Unternehmen mit dem 500D-Druck von Abstandsplatten für Dachstaufächer und stellte freudig fest, dass die Platten 3 % leichter waren als herkömmliche.
Die Rolle von Antriebssystemen in Satellitenumlaufbahnen
Welches feste Teil – derzeit aus Titan, schwerem Aluminium oder einem anderen Material – könnten Sie durch ein 3D-gedrucktes Teil ersetzen? Und was wäre, wenn Sie 10 oder 15 Komponenten in einer gedruckten Baugruppe kombinieren könnten – einschließlich der Filter? Der 3D-Druck macht das Unmögliche möglich und Mott verfügt über zum Patent angemeldete Verfahren zum individuellen Drucken von porösen Filtern und Durchflusskontrollgeräten in nahezu jeder Konfiguration. Wir produzieren sogar Teile, bei denen sowohl poröse als auch feste Komponenten zusammenarbeiten. Wie können all diese Optionen das Gewicht und die Komplexität Ihres Entwurfs reduzieren, die Projektlaufzeiten verkürzen und die Kosten senken?
Fast Food auf dem Mars? Nicht so schnell.
Zum Mars zu gelangen ist eine Sache, aber wenn wir eine Weile bleiben wollen, müssen wir das Problem mit dem Unterhalt lösen. Angesichts dessen, was wir bisher auf dem Mars gesehen haben, kommt das Jagen und Futtersuchen wahrscheinlich nicht in Frage. Wir müssen also nur zu unseren Wurzeln zurückkehren - also als Gärtner. Gartenarbeit in der Schwerelosigkeit ist jedoch eine Herausforderung für sich. Schwerelosigkeit bedeutet, dass Wasser schwimmt - so können wir die hydroponische Gartenarbeit vorerst definitiv von unserer Liste streichen. Aber kluge Ingenieure haben mit Keramikrohren gespielt, die Wasser bis zu den Wurzeln der Pflanzen im Boden ableiten. Wo ein Wille ist, ist auch ein Weg, richtig?
Fortschrittliche Technik für das Überleben im Weltraum
Welche anderen Optionen können wir entwickeln, um in unversöhnlichen Atmosphären für Nahrung zu sorgen? Vielleicht ein Wasserrecyclingsystem, das Abfälle filtert? Ja, das ist bereits eine Realität der Raumfahrt, aber gibt es eine Möglichkeit, sie auf die nächste Ebene zu bringen? Was ist mit kryogenen Kühloptionen? Oder Gaserzeugungsanwendungen?
Unsere Ingenieurteams bei Mott arbeiten ständig an Projekten, für die es keine Standardlösungen gibt. Wie auch, wenn es noch niemand zuvor getan hat? Um Leistungsgrenzen zu überschreiten, sind maßgeschneiderte und komplexe Technik zur Erhaltung des Lebens im Weltraum oder auf von Natur aus unbewohnbaren Planeten.
Wenn Sie Polaris erreichen, biegen Sie links ab
Leider helfen Ihnen Standard-GPS-Satelliten im Weltraum nicht weiter. Diese Navigationsebene erfordert komplizierte Instrumente und komplexe astrophysikalische Berechnungen. Und um die Sache noch komplizierter zu machen, bedeutet Vakuum im Weltraum, dass es keinen Luftwiderstand, keine Straßenreibung und keine Autostoßstange vor Ihnen gibt, die Sie verlangsamen könnte. Daher ist es wichtig, dass die Stöße genau sind. Selbst die kleinste Abweichung vom Kurs erfordert viel mehr Schwung - und Zeit und Kraftstoff -, um den Kurs später zu korrigieren.
Mott verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Modellierung der komplexen Gasströme, die für den präzisen Antrieb von Triebwerken erforderlich sind – selbst unter Vakuumbedingungen. Wenn wir dies mit unserem zum Patent angemeldeten Produkt kombinieren, feste bis poröse 3D-Drucktechnologie, Die Möglichkeiten sind endlos. Wir haben entworfene Antriebskomponenten und -funktionen werden in chemischen und elektrischen Triebwerken in Satelliten und Raumfahrzeugen eingesetzt und sind bestrebt, weitere innovative Fortschritte in diesem Bereich zu erforschen. Bringen Sie uns einfach Ihre Herausforderung.
Ein Schuss, um es zu landen – besser, es gut zu machen
Buzz Aldrin, einer der ersten Menschen, die auf dem Mond landeten, wurde mit den Worten zitiert: "Zurück zur Erde, das war der herausfordernde Teil."
SpaceX, das erste private Unternehmen, das ein Raumschiff erfolgreich gestartet, in die Umlaufbahn gebracht und geborgen hat, beschreibt seinen zweiten Versuch, den Sinkflug seiner Rakete zu kontrollieren und sie präzise auf einem Schiff im Atlantik zu landen. Sprechen Sie über den sprichwörtlichen Stecknadelkopf, oder?
Das Unternehmen schreibt: „Der kontrollierte Abstieg war erfolgreich, aber ungefähr 10 Sekunden vor der Landung reagierte ein Ventil, das die Motorleistung (Schub) der Rakete kontrollierte, vorübergehend nicht mehr so schnell auf Befehle, wie es hätte sein sollen. Infolgedessen drosselte es einige Sekunden später als befohlen, und - mit einer Rakete, die ungefähr 67,000 Pfund wog. und an diesem Punkt fast 200 Meilen pro Stunde zu fahren - ein paar Sekunden können eine sehr lange Zeit sein. Da das Gas im Wesentlichen hoch war und der Motor länger zündete als erwartet, verlor das Fahrzeug vorübergehend die Kontrolle und konnte sich nicht rechtzeitig zur Landung erholen und kippte schließlich um. “
Da haben Sie es also. Eine einzelne Komponente funktionierte nicht ordnungsgemäß und kostete 62 Millionen US-Dollar – die gemeldeten Kosten für den Start der Falcon 9. Zum Glück haben sie es beim vierten Start richtig gemacht – sonst wäre es für SpaceX vorbei gewesen, verriet Musk später. Die Lektion für alle: Wenn ein Teil geschäftskritisch ist, können Sie es sich nicht leisten, dass es ausfällt.
Wenn es um die Funktionsfähigkeit wichtiger Komponenten einer Rakete während des Starts oder der Landung geht, also um die Steuerung des Durchflusses, ist es entscheidend, kritische Komponenten zu schützen, damit sie wie erwartet funktionieren. Die Durchflussbegrenzer von Mott werden aus porösem Metall hergestellt, sodass sie nicht nur extrem langlebig sind, sondern auch eine gleichmäßige Durchflussverteilung gewährleisten. gleichmäßig strömendes Gas durch zahlreiche Poren über die gesamte Oberfläche.
Sonnenschutz. Verlassen Sie die Erde nicht ohne sie.
Wir Erdlinge haben das Glück, eine Atmosphäre mit Ozonschichten zu haben, die uns vor den schädlichen Sonnenstrahlen schützen. Laut NASA sind Astronauten im Weltraum jedoch ionisierender (energiereicher) Strahlung ausgesetzt, die 150 bis 6,000 Röntgenaufnahmen des Brustkorbs entspricht.
Um die Sache noch schlimmer zu machen: Wenn subatomare Partikel gegen die Aluminiumatome klopfen, aus denen ein Rumpf eines Raumfahrzeugs besteht, können ihre Kerne explodieren und Sekundärstrahlung freisetzen. Dies ist ein Grund, warum die NASA Kunststoffe für eine Vielzahl von Anwendungen testet. Technische Kunststoffe sind voll von Wasserstoffatomen, deren kleine Kerne nicht viel Sekundärstrahlung erzeugen.
Erwägen Sie die Möglichkeiten der Integration neuer Designs und Materialien - Metall oder Polymer - mit 3D-Druck in Raumanzügen, Mannschaftskabinen und anderen Komponenten, um die Strahlenbelastung zu verringern. Dies ist ein weiterer Fall, in dem wir Sie herausfordern, dem Gewöhnlichen zu entkommen und zuvor unmögliche Träume in die Realität umzusetzen.
Bringen Sie uns Ihre Herausforderung
In der Raumfahrttechnik kommt es bei vielen auf die Details an – und ein großer Teil davon beinhaltet die Integration zuverlässiger Diffusoren, Filter und Strömungskontrollgeräte in größere Systeme. Mit den heutigen Fortschritten im 3D-Druck sind Ingenieure nicht mehr an die Einschränkungen der Werkzeuge gebunden, die bei herkömmlichen Herstellungsprozessen erforderlich sind. Sie können frei träumen. Unsere Technologie ermöglicht die Herstellung einer unendlichen Anzahl geometrischer Formen und Strukturtypen – und ermöglicht Ihnen sogar die Kombination Dutzender einzelner Teile, einschließlich Filter und Durchflusskontrollkomponenten, in einem 3D-gedruckten Design.
Im Laufe der Jahrzehnte haben wir vielen Luft- und Raumfahrtingenieuren dabei geholfen, ihre Konzepte in die Realität umzusetzen. Unsere bewährten Algorithmen sind für die härtesten Bedingungen, die größten Temperaturschwankungen und die anspruchsvollsten Vakuumdrücke ausgelegt. Wir arbeiten mit einer Vielzahl von Materialien. Bringen Sie uns also das Material Ihrer Wahl mit, und wir entwickeln eine Lösung. Wir haben auch gelernt, dass unsere produktivsten und erfolgreichsten Beziehungen dann entstehen, wenn Kunden schon früh in der Designphase auf uns zukommen. Wenn Sie vor einer Herausforderung stehen, helfen Ihnen unsere Ingenieure gerne weiter.
Haben Sie eine Herausforderung, die Sie nur schwer meistern können? Sie müssen kein Luft- und Raumfahrtingenieur sein, damit wir Ihnen helfen können. Jetzt Kontakt aufnehmen um eine Beratung durch einen unserer Ingenieure zu erhalten.
