Înfrângerea plasmei - o nouă metodă de comunicare cu o navă spațială
Das ist unmöglich! Dar au făcut-o. Germanii au reușit să cucerească surditatea plasmatică, mutitatea și, probabil, orbirea din abundență.
S-au scris și discutate multe pe TopWar despre plasmă, hipersonică și opacitatea radio pentru focoasele în cădere. Cu toate acestea, au existat și bătălii aprinse despre „sistemele ascunse cu plasmă ale URSS”:
Plasma „stealth” - răspunsul nostru la „invizibilul” american.
SUA încearcă să accelereze dezvoltarea armelor hipersonice.
focos: ce este înăuntru și cum funcționează după separarea de rachetă.
Plasma în afaceri militare. Proiecte și perspective.
Uneori, atât articolele, cât și bătăliile ajungeau la punctul de absurd.
Prefață, care va ocupa aproape 2/3 din articol. Dar este necesar. Nici o alta cale.
Când navele spațiale intră în atmosferă la viteze hipersonice, se eliberează o cantitate imensă de căldură, ceea ce nu numai că impune cerințe termice mari asupra materialelor vehiculului de coborâre, dar duce și la formarea de plasmă în jurul navei spațiale. Acest lucru blochează (sau mai degrabă distorsionează) semnalele radio - lăsând nava spațială incapabilă de a comunica cu stațiile sale terestre timp de câteva minute.
Sarcina de a asigura o comunicație radio stabilă cu navele spațiale în coborâre este foarte acută.
Sarcina nu este mai puțin urgentă în aspectul militar: RGSN de rachete hipersonice și focoase ICBM. De exemplu, pentru:
3M-22 („Zircon”) / în fotografie există un model demonstrativ al BrahMos-II, dar este puțin probabil ca 3M-22 să fie diferit.
Obiectul 4202 (Yu-71) (Așa îl prezintă tovarășul Korotchenko).
Sau așa cum o prezintă Washington Times:
Comunicarea radar și radio prin „o astfel de” plasmă nu funcționează: puterea totală a pierderilor de energie electromagnetică și a radiației de zgomot radio, care determină aproape complet scăderea potențialului energetic al canalului de comunicație radio în ansamblu, crește semnificativ și predetermina pierderea. a comunicaţiilor radio de-a lungul traiectoriei de coborâre.
Fenomenul eșecului de comunicare în timpul reintrarii a fost descoperit în timpul Proiectului Mercur și apoi a programelor Gemini și Apollo. Se manifestă la o altitudine de coborâre de aproximativ 90 de kilometri și până la 40 de kilometri - ca urmare a încălzirii rapide a suprafeței unei capsule care cade în atmosferă, pe suprafața sa se formează un nor-film de plasmă, acționând ca un un fel de ecran electromagnetic.
Efectul se numește (nu oficial) Radio Silence în timpul Fiery Re-Entry.
La sfârșitul filmul „Apollo 13”, care prezintă o misiune lunară eșuată cu trei astronauți la bord, spectatorii rămân cu tensiunea din jurul intrării navei spațiale în atmosfera Pământului. În acest moment, comunicarea cu nava este întreruptă, iar operatorii de zbor din Houston, America, încep să fumeze nervoși în aceste secunde dureroase nesfârșite. În acest moment, nava spațială intră în atmosferă la a doua viteză cosmică, ceea ce duce la înconjurarea sa cu aer ionizat fierbinte, în urma căruia comunicarea cu Pământul este întreruptă.
Pentru a fi mai clar, voi prezenta un videoclip cu intrarea în atmosfera a SKA Soyuz TMA-13M:
Ca exemplu cel mai relevant, pierderea comunicării și a telemetriei în timpul lansărilor de test ale USAF X-51A Scramjet.
De la cine este această „plasmă” și de unde provine? Ofer preparate de casa:
1. Opțiune propusă de omologul meu, dragă "zholdosh" (S-a folosit limba kirghiză - nu am înjurat, nu este nevoie să interzic) OPERATOR (ortografie și stil păstrate):
in discutia articolului: La începutul încercărilor pe mare ale rachetelor hipersonice Zircon
Acest lucru nu este în întregime adevărat, dar acceptabil. De fapt, totul este mai complicat.
2. Versiunea mea (nu este un fapt că aceasta este o cunoaștere absolută):
- ionizarea „naturală” a aerului atmosferic.
Figura prezintă valorile rezultate ale concentrației de electroni de echilibru (electron/cm^3) în funcție de înălțimea și viteza de intrare a navei spațiale în atmosferă;
-modularea intrării în atmosferă, a unghiurilor de pas și de rotire („fonit” cu plasmă fundul sau carenajul, sau toate părțile acestuia (important pentru articolul marcat cu *), în funcție de densitatea (înălțimea) mediului, regimurile de se schimbă fluxul de gaz în jurul corpului;
- unda de șoc, distanța de evacuare și forma acesteia, schimbul de căldură în stratul limită, indiferent dacă influențele difuziei termice (componentele individuale difuzează și intră sau nu în reacții chimice);
stratul limită aerodinamic servește ca sursă de energie transferată pe suprafața vehiculului în timpul intrării în atmosferă (mișcarea în ea)
-tip de protectie termica a aparatului (*): acumulator de caldura sau protectie termica prin antrenare de masa (ablatie);
Ablația are ca rezultat în general un cocktail, deoarece La formarea plasmei participă nu numai moleculele de aer, ci și moleculele/atomii (ioni, electroni) de protecție termică.
Lichid (**), care a fost obținut în timpul încălzirii și evaporării TZP, adică Topitura de protecție termică curge (literal) de-a lungul suprafeței vehiculului hipersonic (focoș).
-fotonii elimină electronii din moleculele și atomii aerului și din aparatul însuși (protecția sa termică).
Da, da: la astfel de energii și temperaturi, cuante ușoare scot norii de electroni din „blocurile de construcție” ale materiei), vezi [1]
- efect magnetohidrodinamic asupra plasmei în timpul curgerii hipersonice în jurul unui corp și efectul acestuia asupra „pielei” plasmatice și transferul de căldură și masă în șoc și în stratul limită [2];
- corpuri electrificate, campuri electrice induse*** pe sarcini si chiar electroliza (vezi**);
Exemple:
+migrarea electrolitului și a sarcinii de la anod la catod;
+ o minge care se lipește de perete dacă o freci pe scalp (dacă ai o chelie, o poți freca pe cea a altcuiva). Dar peretele nu este electrificat, este neutru. Totuși, se „lipește”!
Fiul meu vine în fugă acasă și spune:
Ia o bucată de hârtie, o rupe în bucăți mici, își scoate pixul și îl freacă pe păr.
Și ce s-a întâmplat apoi, cred că ai ghicit...
-descărcări într-un flux supersonic;
și multe altele.
Poate voi termina și voi reveni la „berbecii” noștri. Ce opțiune să alegeți (operatorul sau al meu) - decideți singur.
Amintiți-vă doar această imagine*** (va fi utilă):
Cum interferează această plasmă dăunătoare cu undele radio și radarul?
La urma urmei, se presupune că plasma este un „gaz cvasi-neutru ionizat”! Gaz, dar nu acel gaz.
- antena, simplu spus, este în flăcări, iar fereastra antenei (AO) se poate arde și își poate modifica constanta dielectrică.
- densitatea electronică a plasmei este în continuă schimbare, constanta dielectrică a gazului ionizat este mai mică decât unitatea și depinde de frecvența de oscilație.
-cu cât este mai mare unghiul de incidență al undei pe plasmă, cu atât este mai mare densitatea electronică necesară pentru reflectare și cu atât grosimea reflexiei este mai mare.
-vitezele de fază și grup de propagare a undelor radio. Când frecvența de funcționare se apropie de frecvența naturală a gazului ionizat (ω → ω0), viteza grupului scade (υgr → 0), iar viteza fazei crește brusc (υph → ∞). Pierderea energiei valurilor.
-viteza totală a mișcării electronilor este suma vitezei mișcării termice ut și a vitezei dobândite sub influența câmpului electric al unei unde trecătoare uE, și de obicei ut > uE.
Dacă cineva, după ce a citit acest rezumat, nu a alergat să se înscrie la cursurile de Fizică și Tehnologie... Înseamnă că am pierdut și timpul meu și al tău.
Au fost făcute mai multe încercări pentru a rezolva această problemă:
1. Abordarea sovietică (implementată).
- Emițători de microunde slab direcționali ai antenelor de bord cu protecție termică încălzită și material topit pe protecție termică.
- Antene aeropurtate cu protecție termică, ale căror modele originale au o sensibilitate redusă a transparenței radio la efectele încălzirii aerodinamice la temperaturi înalte.
— Modalități de iluminare radio a AO pentru condiții de încălzire aerodinamică, asigurând o reducere a pierderilor în AO încălzit.
- Utilizarea de antene „lungi” rezistente la căldură plasate în spatele filmului carcasei cu plasmă.
—Îmbunătățirea EFICIENȚEI FUNCȚIONĂRII A SISTEMELOR DE COMUNICARE RADIO TEHNICĂ DE LA BORD ALE NAVIDELOR SPAȚIALE ÎNTORCIRE
— Datorită impunerii unui câmp electric constant pe suprafața radiantă a AO, în acest caz, sarcina este redistribuită în topitura de pe suprafața protecției termice, ceea ce duce la o scădere a pierderilor în aceasta și, prin urmare, la iluminarea AO.
—Datorită alimentării cu lichid de răcire prin protecția termică poroasă a suprafeței sale, în acest caz, temperatura suprafeței radiante AO este redusă la o temperatură sub punctul de topire.
-Si deasemenea principiul pasiv- aceasta este construcția protecției termice dintr-o combinație de materiale cu temperaturi de topire diferite, ceea ce duce la o redistribuire a câmpului de temperatură pe suprafața protecției termice și asigură o transparență radio sporită din partea SKA (ogive).
Dar problema trecerii EMW (fără pierderi și distorsiuni) printr-o astfel de plasmă „neliniștită” rămâne. Și acest lucru este important nu numai pentru SKA, ci și în timpul lansării de rachete și vehicule de lansare. Torch RD - același generator de plasmă puternic.
Este nevoie de telemetrie (centrul de control dorește întotdeauna să știe „Ce, Unde, Când?”), iar controlul comenzilor radio este folosit de mulți.
Nu voi posta fotografii și desene aici din motive evidente, voi da doar un exemplu: interceptorul 53T6 (SH-08/ABM-3A GAZELLE, Gazelle) A-135 Amur de apărare antirachetă.
Sistemul de control radio comandă, transponderul și pilotul automat sunt la bord, transmiterea comenzilor de ghidare și a altor comenzi are loc prin canalul stației de transmisie a comenzilor (CTC).
Receptorul de comandă și antenele transponder sunt dispuse în perechi de câte 2. pe corpul rachetei, ecranarea antenelor de plasmă care are loc în timpul zborului rachetei în atmosferă are loc prin injectarea de freon sau a unui lichid similar ca proprietăți.
Cu toate acestea, OPERATORUL a spus din nou mai bine și mai clar decât mine (stil și ortografie păstrate):
2. Abordare chineză (schiță)
- Amplificarea semnalului, care poate fi creată prin rezonanță sau oscilații electromagnetice coordonate, între carcasa de plasmă și stratul special din jurul aeronavei. Oamenii de știință chinezi propun adăugarea unui „strat de potrivire” pentru a crea condițiile de rezonanță necesare în timpul unui zbor hipersonic normal.
Se presupune că stratul de potrivire va funcționa ca un condensator într-un circuit electric convențional. Învelișul de plasmă, pe de altă parte, acționează ca un inductor care se opune modificărilor curentului electric care trece prin ea. Când un condensator și un inductor sunt conectați împreună, ele pot forma un circuit rezonant.
Odată atinsă rezonanța, energia va circula constant între plasmă și stratul de potrivire, așa cum este cazul capacității și inductanței convenționale într-un circuit electric. Ca urmare, semnalul radio de pe Pământ se poate propaga prin stratul de potrivire și învelișul de plasmă, ca și cum acestea nu ar exista.
Chinezii suferă de probleme similare cu Houston:
Nota: Pentru ca această abordare să funcționeze eficient, grosimea stratului de potrivire și a carcasei de plasmă trebuie să fie mai mică decât lungimea undelor electromagnetice utilizate pentru a comunica cu aeronava. Ca urmare: metoda propusă nu va funcționa, dacă gama de frecvență a antenelor este prea mare (cum este cazul în prezent).
3. Abordarea americană
În timpul erei navetei spațiale, problema a fost parțial rezolvată prin utilizarea unei forme de nave spațiale reutilizabile. Designul său aerodinamic a generat zone cu o densitate mai mică a fluxului de plasmă, ceea ce permite o comunicare limitată: modulul de coborâre - centrul de control în unele părți ale traiectoriei.
Notă: Factori precum unghiul de reintrare al vehiculului de coborâre, viteza acestuia (de obicei Mach 20-25) și forma sa aerodinamică afectează densitatea fluxului de gaz ionizat.
Din nou vă sugerez să vizionați videoclipul: NASA Shuttle Endeavour Re-Entry Video (înregistrare bună):
Ei bine, în liniște, am ajuns în sfârșit la cel mai important lucru pentru care a fost scris acest articol:
4.Abordare teutonă
Centrul Aerospațial German (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), împreună cu cercetători de la Universitatea Stanford din California, au efectuat teste destul de reușite ale unei noi tehnologii la începutul anului 2016, care va salva pe viitor astronauții de la pierderea comunicațiilor atunci când intrarea în atmosferă și, poate, va asigura funcționarea locatoarelor de căutare de la bord pentru rachete hipersonice sau focoase.
Ce au făcut acești moștenitori? Heinrich Hertz?
Au combinat abordările sovietice și chineze 2 în 1 (ca șampon și balsam), cu know-how-ul lor.
În ianuarie 2016, startup-ul comun a efectuat experimente cu rezultate pozitive.
Pentru teste a fost folosit un tunel de vânt de tehnologii super- și hipersonice Departamentul DLR la Institutul de Aerodinamică și Tehnologia Fluxului în Köln și un încălzitor cu arc de mare putere pentru crearea plasmei.
Condițiile reale de testare au fost recreate pe baza modelelor matematice ale oamenilor de știință americani de la Universitatea Stanford, conduși de Siddarth Krishnamoorthy. Un dispozitiv de testare (simulator de aterizare), constând dintr-un scut termic și un transmițător radio rezistent la căldură (transmițător), a fost expus unui flux de plasmă încălzit la câteva mii de grade.
În afara fluxului de gaz fierbinte a fost instalată o antenă pentru recepţionarea semnalelor radio.
Esența ideii: în imediata apropiere a antenei emițătorului se generează un câmp negativ (minus), care respinge fluxul de plasmă ionizată (ioni negativi și electroni). Rezultatul este o fereastră care se deschide în coconul de plasmă pentru transmiterea și primirea semnalelor radio.
Câmpul este generat cam așa (aceasta este o diagramă dintr-un alt produs, dar esența este aceeași):
Puteți utiliza, de asemenea, un condensator; atunci când îl încărcați cu curent continuu, va apărea o sarcină pozitivă pe una dintre plăci și o sarcină negativă pe cealaltă:
Această fereastră nu poate rămâne deschisă mult timp deoarece:
— Filmul de plasmă nu este staționar în raport cu obiectul din cauza vitezelor mari de curgere și a altor procese termo-gazdinamice descrise mai sus:
„Există, de asemenea, ioni încărcați pozitiv în plasmă, care vor fi atrași de generatorul de câmp negativ cu „mare plăcere”.
Comportamentul ionilor și electronilor (imaginea nu este din acest proces, dar explică perfect fenomenul):
Prin urmare, câmpul este creat în impulsuri, tensiunea este generată cu o frecvență la fiecare câteva milisecunde.
Acest interval este suficient pentru a asigura transmiterea și recepția datelor.
Din fotografii reiese clar că germanii iute la minte nu creează societăți pe acțiuni pe carenul capului sau în coada aeronavei, dar culeg la locul cel mai „subțire”: perpendicular pe axa longitudinală a aparatului, undeva la 1/3 de la începutul corpului.
Încă nu am primit niciun răspuns de la ei (dar am primit o invitație de a vizita și de a „vorbi din inimă la inimă la un pahar de ceai” pe această temă), dar pot presupune următoarele:
1. În acest loc se găsește cel mai subțire strat de „piele” de plasmă.
2. Încercarea de a sparge plasma de pe carenul în sine (vârf) este inutilă. Nu am suficientă putere sau sănătate. Există cel mai teribil loc: se nasc unde de șoc, ioni (protoni) și electroni, are loc ablația, TZP se transformă într-un lichid, care se evaporă parțial, curge parțial mai departe (pe afacerea sa lichidă).
În general: o anomalie și una completă.
Voi cita din nou Operatorul, ceea ce mi-a plăcut foarte mult:
3. În coadă, SA (la capăt) este, de asemenea, lipsit de sens: există un traseu-coadă foarte lung.
Rarefacție de fund, un amestec de curgeri turbulento-laminare, separări, prăbușiri. Cavitația cu plasmă într-un singur cuvânt: ceva asemănător cu spălarea rufelor într-o mașină de spălat în timpul perioadei de burbulizare maximă.
Iată doar ipotezele mele bazate pe (**), (***) și postulatele de mai sus, unde am insistat asupra proprietăților plasmei: pe caren (vârfuri) are loc nașterea plasmei (ioni și electroni), apoi ionii , ca cel mai mult greu si, probabil, datorita electrificarii carcasei aparatului sau a electrolitului din izolatia ablativa, sau datorita presiunii gazodinamice a mediului, migreaza spre coada SKA.
Iar electronii, fiind mai rapizi și mai ușori, și probabil datorită electrificării carcasei, ca acei migranți vicleni din Sistemul Energetic Unificat, ocupă locuri „calde” de-a lungul corpului dispozitivului.
În același timp, plasma (coconul din jurul dispozitivului) rămâne în general neutră și, desigur, „cvasi”.
La această „veriga cea mai slabă” germanii își folosesc tunul negativ, spargând fereastra antenei din stratul de plasmă (ei bine, ca și cum avem injecție de freon pe 53T6). De îndată ce potențialul se schimbă semnificativ, ionii cu o sarcină pozitivă care vin din „față” tind să umple această fereastră, gravitând spre câmpul negativ și nu doresc să se exfiltreze în mod natural în regiunea inferioară (în burbulator), fereastra se prăbușește. , câmpul se stinge, totul revine la stabilitate și pace . Următorul impuls.
Până acum, metoda de comunicare radio printr-o înveliș de plasmă folosind un câmp electric pulsat a fost dezvoltată doar prin simulare numerică.
Americanii și noi și:
Notă Îmi pare foarte rău că nu eu și germanii am început această problemă.
Ne-au intimidat (Institutul de Cercetare în Tehnologia Construcțiilor și Proiectării din Stuttgart și Centrul Aerospațial German) cu proiectul EXPERT. Dar l-au schimbat cu americanii...
Krishnamurti însuși impresionat de simplitatea și rapiditatea cooperării:
Ali Gulhan, șeful Departamentului de Tehnologie Supersonică și Hipersonică, are o opinie la fel de pozitivă:
Tehnologia radio vor fi îmbunătățite în continuare și este adaptat pentru utilizare nu numai în nave spațiale noi, ci și în nave spațiale existente.
Datorită caracterului meu urât, nu pot să mă abțin și să arunc o pietricică (sau mai bine zis, o întreagă rețea de pavaj în valoare de câteva lire) în direcția lor:
De ce s-au apropiat americanii de germani? Lasă-mă să explic.
1. TVA în Germania este de 19%, în America nu există. ZhiсEste mai ieftin în state și apoi sunt tot felul de taxe. Și euro este încă mai scump decât $. Puterea de calcul a SUA nu este comparabilă cu cea a Germaniei.
Totul: Big Mag, benzina, cazarea și mâncarea sunt semnificativ mai ieftine în SUA.
Dar costurile de transport? Să trecem peste Atlantic!
2. Există pur și simplu grămezi de tuneluri de vânt în SUA, inclusiv cele care manipulează hipersunetele.
Orice culoare și dimensiune la asta.
3. Germania, în general, nu este lider în nave spațiale, comunicații spațiale și hipersonice arme.
„Sunt din nou chinuit de îndoieli vagi”
Dacă ceea ce s-a realizat este adus la viață, atunci problema comunicării cu vehiculul de coborâre, naveta reutilizabilă (MKTS), racheta de lansare (nu contează vehiculul de lansare sau un interceptor de rachete cu ghidare de comandă radio) este rezolvată.
Care sunt perspectivele largi pentru ARGS 3M-22 (“Zircon”) și/sau Object 4202 (Yu-71)?
Da, acesta nu va fi un radar obișnuit, dar să spunem un RADAR LATERAL CU SINTEZĂ A DIAGRAFII:
Ce oportunitate grozavă de a lega calea de zbor de teren (analogii TERCOM/DSMAC)!
Dar transferul de date pentru o nouă țintă (desemnarea țintei/retargeting pentru rachete antinavă)?
Sau un semnal pentru redobândirea țintei sau autodistrugerea focosului?
Postfaţă:
- Toate datele au fost preluate din surse deschise, de ex. Nu este nevoie să alergi nicăieri și să raportezi nimănui.
- În ceea ce privește discuția cu NEXUS despre „stilizarea sovietică”, scoasă din carte „Broken Sword of the Empire” de M. Kalașnikov, aș dori să discut separat problema Tu-160...
Dar! Dar Serghei Ivanovici (SSI) tace deocamdată și nu aș vrea să fiu prins.
- Voyaka uh, caporal și restul, scuzați-mă, dar despărțiți acest articol, așa cum mi-ați recomandat în
Saga de combustibil pentru rachete, mi s-a părut incorect din punct de vedere politic. Sensul și „conexiunea dintre generații”, ca să spunem așa, s-au pierdut.
- Sper că măcar cineva și-a pierdut timpul cu o sticlă de ceai și poate a primit ceva util.
Unii termeni
Surse primare, precum și documente, fotografii și videoclipuri utilizate:
-Creșterea eficienței funcționării sistemelor de radiocomunicații de bord ale navelor spațiale descendente (tema tezei și rezumat la Comisia Superioară de Atestare 05.12.07, candidat la științe tehnice Cordero, Liborio)
[1] „Teoria cinetică a plasmei și a gazului. Interacțiunea impulsurilor laser de mare putere cu plasmă”, 2006, Kosyrev I.N.
[2] STUDIU EXPERIMENTAL AL INFLUENȚEI MAGNETOHIDRODINAMICE LOCALE
DESPRE STRUCTURA UNDE DE ȘOC A CURGELOR DE AER ÎN TIMPUL CURGELOR HIPERSONICE DE CORPURI, Yadrenkin M.A.
Modelarea numerică a plasmei pe sisteme de supercomputer,
Autor S. I. Bastrakov, A. A. Gonoskov, R. V. Donchenko, E. S. Efimenko, A. V. Korzhimanov, I. B. Meerov
Das Ende der Funkstille – Windkanaltests simulieren neue Methode zur Kommunikation von Raumfahrzeugen
Abteilung „Über- und Hyperschalltechnologien” (AS-HYP)
Versenden Drucken Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik (IAS)
„Aerodinamica plasma supersonică” Departamentul de Electronică Fizică. PhysTech.
Martin J. Intrarea în atmosferă. Introducere în teorie și practică / J. Martin. – M.: Mir, 1969.
„Coborârea de pe orbită și protecția termică a navelor spațiale” (www.forums.airbase.ru)
Propagarea undelor radio. Manual manual pentru inginerie radio. specialist. universități Ed. al 2-lea, revizuit si suplimentare M., „Școala superioară”, 1975. Grudinskaya G. P.
Materiale de la Universitatea Stanford
Materiale de la Centrul Aerospațial German (DLR)
www.universetoday.com
www.militaryrussia.ru
www.space.com
www.wikipedia.org
www.nlo-mir.ru
www.24space.ru
www.nasa.gov
www.youtube.com
www.militaryrussia.ru
sahallin.livejournal.com/44379.html
informații