위성은 어떻게 궤도에 머무르나요? 주요 과제 이해

저자: 숀 케인

대담하게 나아갑니다. 함께.

우리 역사상 지금까지 우주 여행의 한계를 뛰어넘은 때는 없었습니다. 지금은 매주 뉴스에 나오고 있습니다. 낯선 신세계를 탐험하고, 남자도 여자도 가본 적 없는 곳으로 대담하게 가는 것이 어쩌면 '사물'이 될 수도 있습니다. 세상 밖으로 나가는 것조차 곧 극한의 휴가가 될 수 있습니다.

지난달에는 중국 탐사선이 달의 뒷면을 탐사했습니다. 같은 임무에서 목화 식물의 성공적인 싹틔우기도 했습니다. 이는 달에서 생물학적 물질이 재배된 최초의 사례가 되었습니다.

최근 SpaceX 창립자인 Elon Musk는 "화성에 자립 가능한 도시를 건설한다"는 회사의 슬로건을 외치면서 자신이 소유한 우주선 랩터(Starship Raptor)의 사진을 공유했습니다. 그 엔진은 이륙 시 로켓과 우주 공간의 우주선 모두에 동력을 공급하도록 설계되었습니다.

보통 사람들에게는 이와 같은 뉴스가 흔한 일이 되었습니다. 결국 작년에 중국은 39개의 로켓을 우주로 보냈고, 미국은 34개, 러시아는 20개를 보냈습니다. 그러나 바늘이나 로켓을 더 빠르고 더 멀리 움직여야 하는 사람들에게는 수십억 개의 세부 사항과 수천 개의 과제가 한 번의 출시는 어렵습니다.

중력이 당신을 실망시키지 않도록 하세요

훌륭한! 우리에겐 로켓이 있어요. 이제 뭐? 몇 가지 계산을 수행해야 할 것 같습니다. 우리의 목표가 로켓을 우주 공간으로 추진하는 것이라면 로켓은 음속의 20배가 넘는 속도, 즉 최소 초당 4.9킬로미터(초당 7.9킬로미터)의 속도에 도달해야 합니다. 이를 궤도 속도라고 합니다. 하지만 위성이 우주에 도달하면 어떻게 궤도에 머물까요?

고등학교 물리학 어딘가에서 우리는 물체가 무거울수록 더 많은 중력을 끌어당긴다는 것을 배웠습니다. 따라서 로켓의 무게를 줄일 수 있다면 로켓이 더 쉽게 땅에서 이륙할 수 있고 작업을 완료하는 데 더 적은 연료가 필요하다는 것이 논리적으로 합리적입니다.

무게 계산에 비용을 추가하세요. 전문가들은 우주로 운송되는 모든 킬로그램(2.2파운드)의 비용이 약 20,000달러(USD)에 달할 것으로 추정합니다. [그러나 Elon Musk는 파운드당 500달러 이하가 매우 달성 가능하다고 믿는다고 말한 것으로 인용되었습니다.] 따라서 위성의 무게를 아주 조금만 줄일 수 있다면 프로젝트에서 상당한 비용을 줄일 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. . Airbus와 같은 항공기 제조업체는 푸딩에서 그 증거를 확인했습니다. 작년에 이 회사는 머리 위 수납 공간을 위한 스페이서 패널을 3D 프린팅하기 시작했으며, 다행히 패널이 기존 패널보다 15% 더 가볍다는 사실을 발견했습니다.

위성 궤도에서 추진 시스템의 역할

그렇다면 현재 티타늄, 무거운 알루미늄 등으로 만들어진 어떤 견고한 부품을 3D 프린팅된 부품으로 교체할 수 있습니까? 그리고 필터를 포함하여 10~15개의 부품을 하나의 인쇄 어셈블리로 결합할 수 있다면 어떨까요? 3D 프린팅은 불가능을 가능하게 하며 Mott는 거의 모든 구성에서 다공성 필터 및 흐름 제어 장치를 맞춤형으로 인쇄하는 특허 출원 중인 프로세스를 보유하고 있습니다. 우리는 다공성 부품과 고체 부품이 함께 작동하는 부품도 생산합니다. 이러한 모든 옵션이 어떻게 디자인의 무게와 복잡성을 줄이고, 프로젝트 일정을 단축하며, 비용을 없앨 수 있습니까?

화성에 패스트푸드가 있나요? 그렇게 빠르지는 않습니다.

화성에 도착하는 것이 하나이지만, 우리가 잠시 머무를 계획이라면 생계 문제를 해결해야합니다. 우리가 화성에서 지금까지 보았던 것을 감안할 때, 사냥과 먹이 찾아보기는 의문의 여지가 없으므로 정원사로서 우리의 뿌리로 돌아 가면됩니다. 그러나 무중력의 원예는 그 자체의 과제를 제시합니다. 무중력이란 물이 뜬다는 것을 의미합니다. 따라서 우리는 현재 수경 재배를 확실히 통과 할 수 있습니다. 그러나 영리한 엔지니어들은 토양에서 식물의 뿌리까지 물을 흡수하는 세라믹 튜브를 가지고 놀았습니다. 의지가있는 곳에 방법이 있습니다.

우주 생존을 위한 첨단 공학

용서받을 수없는 분위기에서 생계를 유지하기 위해 어떤 다른 선택을 할 수 있습니까? 폐기물을 걸러내는 물 재활용 시스템일까요? 예, 그것은 이미 우주 여행 현실이지만 그것을 다음 단계로 끌어 올릴 수있는 방법이 있습니까? 극저온 냉동 옵션은 어떻습니까? 아니면 가스 발생 응용 분야?

Mott의 엔지니어링 팀 "기성품" 솔루션이 존재하지 않는 프로젝트를 지속적으로 작업합니다. 아무도 이전에 해본 적이 없는데 어떻게 그럴 수 있을까요? 성능 한계를 뛰어넘으려면 사용자 정의 및 우주에서 생명을 유지하기 위한 복잡한 엔지니어링 또는 자연적으로 사람이 살 수 없는 행성에 있을 수도 있습니다.

폴라리스에 도착하면 좌회전하세요

불행히도 표준 GPS 위성은 우주에서 도움이되지 않습니다. 이러한 수준의 탐색에는 복잡한 계측과 복잡한 천체 물리학 계산이 필요합니다. 그리고 공간을 더욱 진공 화한다는 것은 공기 저항, 도로 마찰 및 차량 범퍼가 없기 때문에 속도를 늦추는 것을 의미합니다. 따라서 추력이 정확해야합니다. 코스에서 가장 작은 편차조차도 나중에 코스를 수정하려면 훨씬 더 많은 운동량과 시간과 연료가 필요합니다.

Mott는 진공 조건에서도 추진기에 전력을 공급하는 데 필요한 복잡한 가스 흐름을 수십 년 동안 모델링한 경험이 있습니다. 이것을 특허 출원 중인 것과 결합하면, 고체-다공성 3D 프린팅 기술, 가능성은 무한합니다. 우리는 설계된 추진 구성 요소 및 기능 인공위성과 우주선의 화학 및 전기 추진기에 사용되며 이 분야의 다른 혁신적인 발전을 모색하기를 열망하고 있습니다. 귀하의 도전 과제를 우리에게 가져오십시오.

착륙을 위한 한 번의 기회 – 더 좋게 만드는 것이 좋습니다

달에 착륙 한 최초의 인간 중 하나 인 버즈 알 드린 (Buzz Aldrin)은“지구로 돌아 오는 것은 어려운 부분이었습니다.”라고 말한 것으로 유명합니다.

우주선을 성공적으로 발사, 궤도 진입 및 회수한 최초의 민간 기업인 SpaceX는 로켓의 하강을 제어하고 대서양의 선박에 정확하게 착륙시키려는 두 번째 시도를 설명합니다. 속담에 핀 머리에 대해 이야기 해보세요. 그렇죠?

이 회사는“제어 된 하강은 성공했지만 착륙하기 약 10 초 전에 로켓의 엔진 출력 (추력)을 제어하는 ​​밸브가 명령에 대한 응답 속도를 일시적으로 멈췄습니다. 그 결과, 로켓의 무게는 약 67,000 lbs로 명령 된 것보다 몇 초 후에 스로틀되었습니다. 이 시점에서 거의 200mph를 여행하는 데 몇 초가 걸렸을 수 있습니다. 스로틀이 본질적으로 높게 고정되어 엔진이 예상보다 오래 발사되면 차량은 일시적으로 제어력을 잃고 착륙 시간을 회복 할 수 없어 결국 넘어졌습니다.”

자, 여기 있습니다. 단일 구성 요소가 제대로 작동하지 않아 팔콘 62를 발사하는 데 보고된 비용인 9만 달러의 비용이 발생했습니다. 다행히도 네 번째 발사에서 제대로 작동했습니다. 그렇지 않으면 SpaceX의 커튼이 되었을 것이라고 머스크는 나중에 밝혔습니다. 모두를 위한 교훈: 부품이 미션 크리티컬한 경우 해당 부품이 고장나면 안 됩니다.

발사 또는 착륙 시 로켓의 핵심 구성 요소의 작동성에 대해 이야기할 때, 흐름을 제어하는 ​​경우 예상대로 작동할 수 있도록 중요한 구성 요소를 보호하는 것이 중요합니다. Mott의 흐름 제한기는 다공성 금속을 사용하여 제작되었으므로 매우 내구성이 있을 뿐만 아니라 균일한 흐름 분포를 유지합니다. 균일하게 흐르는 가스 표면 전체에 걸쳐 있는 여러 개의 기공을 통해서.

자외선 차단제. 그것 없이 지구를 떠나지 마십시오.

우리 지구인들은 운 좋게도 태양의 유해한 광선으로부터 우리를 보호하기 위해 오존층을 가지고 있습니다. 그러나 NASA에 따르면 우주의 우주 비행사는 150 ~ 6,000 개의 흉부 엑스선을 갖는 수준의 이온화 (고 에너지) 방사선에 노출된다.

설상가상으로 아 원자 입자가 우주선 선체를 구성하는 알루미늄 원자에 부딪 치면 핵이 폭발하여 XNUMX 차 방사선이 방출 될 수 있습니다. 이것이 NASA가 다양한 응용 분야에서 플라스틱을 테스트하는 이유 중 하나입니다. 설계된 플라스틱은 작은 핵이 XNUMX 차 방사선을 많이 생성하지 않는 수소 원자로 가득합니다.

우주복, 승무원 실 및 기타 구성 요소에 3D 프린팅과 함께 새로운 디자인 및 재료 (금속 또는 폴리머)를 통합하여 방사선 노출을 줄일 수있는 가능성을 고려하십시오. 이것은 우리가 당신에게 평범함을 피하고 이전에는 불가능했던 꿈을 현실로 가져 오도록 도전하는 또 다른 사례입니다.

당신의 도전을 우리에게 가져오세요

우주 기술의 대부분은 세부 사항에 영향을 미치며, 그 중 대부분은 신뢰할 수 있는 디퓨저, 필터 및 흐름 제어 장치를 더 큰 시스템에 통합하는 것과 관련됩니다. 오늘날 3D 프린팅의 발전으로 엔지니어들은 더 이상 기존 제조 공정에 필요한 툴링의 한계에 얽매이지 않습니다. 그들은 꿈을 꿀 자유가 있습니다. 당사의 기술을 사용하면 무한한 수의 기하학적 모양과 구조 유형을 제작할 수 있으며 필터 및 흐름 제어 구성 요소를 포함한 수십 개의 개별 부품을 하나의 3D 인쇄 디자인으로 결합할 수도 있습니다.

수십 년 동안 우리는 많은 항공우주 엔지니어들이 그들의 개념을 현실로 만들 수 있도록 도와왔습니다. 당사의 검증된 알고리즘은 가장 가혹한 조건, 가장 큰 온도 변화, 가장 까다로운 진공 압력에 대해 모델을 적용합니다. 우리는 다양한 재료를 사용하므로 원하는 재료를 선택해 주시면 솔루션을 설계해 드리겠습니다. 우리는 또한 고객이 설계 단계 초기에 우리에게 접근할 때 가장 생산적이고 성공적인 관계가 형성된다는 것을 배웠습니다. 어려움을 겪고 계시다면 당사 엔지니어들이 기꺼이 도와드리겠습니다.

극복하기 위해 애쓰고 있는 과제가 있나요? 우리가 도와주기 위해 항공우주 엔지니어가 될 필요는 없습니다. 오늘 저희에게 연락하십시오 당사 엔지니어로부터 상담을 받으십시오.