衛星はどのようにして軌道上に留まるのでしょうか?主要な課題を理解する
著者：ショーン・ケイン
大胆に行きます。一緒に。
私たちの歴史の中で、これほど宇宙旅行の限界を押し広げたことはありません。今では毎週ニュースになっています。奇妙な新しい世界を探検し、男性や女性がこれまで行ったことのない場所に大胆に行くことは、おそらく「こと」になるかもしれません。地球外に出かけることさえ、すぐに極端な休暇になる可能性があります。
つい先月、中国の探査機が月の裏側を探査した。同じミッションでは綿植物の発芽にも成功し、月面で生物物質が栽培されたのは初めてです。
最近、スペースXの創設者イーロン・マスクは、「火星に自立した都市を建設する」という自社の信条を唱えながら、スターシップ・ラプターの写真を共有した。そのエンジンは、打ち上げ時のロケットと宇宙空間での宇宙船の両方に動力を供給するように設計されています。
一般の人にとって、このようなニュースは当たり前になっています。結局のところ、昨年、中国は 39 発、米国は 34 発、ロシアは 20 発のロケットを宇宙に送りました。しかし、針、つまりロケットをより速く、より遠くに動かすことに挑戦している人々にとっては、宇宙に至るまでの数十億の詳細と何千もの課題が存在します。一回の打ち上げは気が遠くなる。
重力に負けないでください
素晴らしい！ロケットを持っています。それで？いくつかの計算を行う必要があるようです。私たちの目標がロケットを宇宙空間に推進させることである場合、ロケットは音速の 20 倍を超える速度、つまり少なくとも秒速 4.9 マイル (秒速 7.9 キロメートル)、いわゆる軌道速度に達する必要があります。しかし、人工衛星は宇宙に到達した後、どのようにして軌道上に留まるのでしょうか?
高校物理のどこかで、物体が重ければ重いほど、その重力が大きくなるということを学びました。したがって、ロケットから重量を取り除くことができれば、より簡単に地面から離れ、仕事を完了するために必要な燃料が少なくなるのは論理的に理にかなっています。
重量計算にコストを追加します。専門家は、宇宙空間に輸送される 2.2 キログラム (20,000 ポンド) ごとに約 500 ドルの費用がかかると推定しています。 [ただし、イーロン・マスク氏は、3 ポンドあたり 15 ドル以下は非常に実現可能だと信じていると述べたと伝えられています。] したがって、衛星の重量をほんのわずかでも減らすことができれば、プロジェクトから大幅なコストを削減できることは簡単にわかります。 。エアバスなどの航空機メーカーは、その証拠を実際に見てきました。昨年、同社は頭上の収納コンパートメント用のスペーサー パネルの XNUMXD プリントを開始し、嬉しいことにパネルが従来のものより XNUMX% 軽量であることを発見しました。
衛星軌道における推進システムの役割
では、現在チタンや重いアルミニウムなどで作られている固体部品のうち、3D プリント部品に置き換えることができるのはどれでしょうか?そして、フィルターを含む 10 または 15 のコンポーネントを 3 つのプリントされたアセンブリに結合できたらどうなるでしょうか? XNUMXD プリントは不可能を可能にし、モットは事実上あらゆる構成で多孔質フィルターや流量制御装置をカスタムプリントするための特許出願中のプロセスを持っています。当社では、多孔質コンポーネントと固体コンポーネントの両方が連携して動作する部品も製造しています。これらすべてのオプションを使用すると、どのように設計の重量と複雑さが軽減され、プロジェクトのタイムラインが短縮され、コストが削減されるでしょうか?
火星のファーストフード？そんなに早くない。
火星に行くことはXNUMXつのことですが、しばらく滞在することを計画している場合は、食糧問題を解決する必要があります。 火星でこれまでに見たことを考えると、狩猟と採餌はおそらく問題外なので、庭師としてのルーツに戻る必要があります。 しかし、無重力下でのガーデニングには独自の課題があります。 無重力は水が浮くことを意味します。つまり、現時点では水耕栽培をリストから外すことができます。 しかし、賢い技術者たちは、土壌の植物の根に水を吸い上げるセラミックチューブをいじっています。 意志があるところ、道があるんですよね？
宇宙生存のための高度なエンジニアリング
容赦のない雰囲気の中で食糧を提供するために、他にどのようなオプションを考案できますか？ おそらく廃棄物をろ過する水のリサイクルシステムですか？ はい、それはすでに宇宙旅行の現実ですが、それを次のレベルに引き上げる方法はありますか？ 極低温冷凍オプションはどうですか？ またはガス発生アプリケーション？
モット研究所のエンジニアリングチームは、既成のソリューションが存在しないプロジェクトに継続的に取り組んでいます。誰もやったことがないのだから、当然でしょう。宇宙空間や自然には居住不可能な惑星で生命を維持するためには、性能の限界を押し上げるための、特注かつ複雑なエンジニアリングが不可欠です。
北極星に着いたら左折してください
残念ながら、標準のGPS衛星は深宇宙では役に立ちません。 そのレベルのナビゲーションには、複雑な計装と複雑な天体物理学の計算が必要です。 さらに事態をさらに複雑にするのは、宇宙空間の真空により、空気抵抗がなく、路面の摩擦がなく、前方に車のバンパーがあり、速度を落とすことがないということです。 したがって、推力が正確であることが重要です。 コースを少しでも外れた場合でも、後でコースを修正するためには、はるかに多くの運動量（および時間と燃料）が必要です。
モット社は、真空状態であっても、スラスタの動力源となる複雑なガス流を精密にモデリングする分野で数十年の経験を有しています。これに、特許出願中の固体から多孔質への3Dプリンティング技術を組み合わせることで、可能性は無限に広がります。当社は、衛星や宇宙船の化学スラスタおよび電気スラスタに使用される推進コンポーネントや機能を設計しており、この分野におけるその他の革新的な進歩を積極的に探求しています。ぜひ、お客様の課題をお聞かせください。
ワンショットで成功 – より良いものにする
月に着陸した最初の人間のXNUMX人であるバズアルドリンは、「地球に戻ること、それが困難な部分だった」と言って有名に引用されました。
宇宙船の打ち上げ、軌道周回、回収に初めて成功した民間企業であるスペースX社は、ロケットの降下を制御し、大西洋の船に正確に着陸させるという2回目の試みについて説明している。ことわざのピンの頭について話しますよね?
同社は、「制御された降下は成功したが、着陸の約10秒前に、ロケットのエンジン出力（推力）を制御するバルブが、コマンドへの応答を必要なだけ迅速に停止した。 その結果、コマンドよりも数秒遅れてスロットルが絞られ、ロケットの重量は約67,000ポンドでした。 この時点で時速約200マイルを走行しています。数秒は非常に長い時間になる可能性があります。 スロットルは基本的にハイに固定されており、エンジンは予想よりも長く点火していたため、車両は一時的に制御を失い、着陸に間に合うように回復できず、最終的に転倒しました。」
それで、これで完了です。単一のコンポーネントが適切に機能せず、ファルコン62の打ち上げ費用として報告されている9万ドルの費用がかかった。幸いなことに、XNUMX回目の打ち上げまでに、彼らは正しく対処できた。そうでなければ、スペースX社の幕が下りていただろうとマスク氏は後に明かした。すべての人への教訓: 部品がミッションクリティカルである場合、その部品が故障するわけにはいきません。
ロケットの打ち上げ時や着陸時における主要部品の動作性、特に流量制御について考える場合、重要な部品を保護し、期待どおりに機能させることが不可欠です。モット社の流量制限器は多孔質金属を使用しているため、非常に耐久性に優れているだけでなく、表面全体にわたる多数の細孔を通してガスを均一に流すことで、均一な流量分布を維持します。
日焼け止め。それなしで地球を離れないでください。
私たち地球人は幸運なことに、オゾンの層が太陽の有害な光線から私たちを保護する大気を持っています。 しかし、NASAによれば、宇宙空間にいる宇宙飛行士は、150〜6,000の胸部X線を持つのと同等のレベルの電離（高エネルギー）放射線に曝されています。
さらに悪いことに、宇宙船の船体を構成するアルミニウムの原子に原子以下の粒子が衝突すると、それらの原子核が爆発し、二次放射線を放出する可能性があります。 これが、NASAがさまざまな用途でプラスチックをテストしている理由のXNUMXつです。 設計されたプラスチックは水素原子でいっぱいであり、その小さな原子核は二次放射線をあまり生成しません。
放射線被ばくを減らすために、宇宙服、客室、その他のコンポーネントに3Dプリントを使用して、金属やポリマーなどの新しい設計と材料を統合する可能性を検討してください。 これは、私たちが日常から脱出し、以前は不可能だった夢を実現するように挑戦するもうXNUMXつの例です。
あなたの挑戦を私たちにもたらしてください
宇宙技術の多くは細部にまで及び、その多くは信頼性の高いディフューザー、フィルター、流量制御装置をより大きなシステムに統合することに関係しています。今日の 3D プリンティングの進歩により、エンジニアは従来の製造プロセスで必要とされるツールの制限に制約されることがなくなりました。彼らは自由に夢を見ることができます。当社のテクノロジーにより、無限の幾何学的形状や構造タイプの製造が可能になり、フィルターや流量制御コンポーネントを含む数十の個別部品を 3 つの XNUMXD プリント設計に組み合わせることも可能になります。
数十年にわたり、当社は多くの航空宇宙エンジニアがそのコンセプトを現実にするのを支援してきました。当社の実証済みのアルゴリズムは、最も過酷な条件、最大の温度変化、最も困難な真空圧をモデル化します。弊社では幅広い材料を取り扱っておりますので、ご希望の材料をご持参いただければ、ソリューションを設計いたします。また、設計段階の早い段階で顧客が私たちにアプローチしてきたときに、最も生産的で成功した関係が形成されることもわかりました。課題があれば、当社のエンジニアが喜んでお手伝いいたします。
解決に苦労している課題がありますか？航空宇宙エンジニアでなくても、私たちがお手伝いできます。今すぐご連絡ください。当社のエンジニアがご相談に応じます。
