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Reciclando foguetes como garrafas de Coca-Cola?

2024-08-18

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*Este artigo é o conteúdo da 15ª edição do "Half Moon Talk" em 2024

O povo chinês anseia por espaço há milhares de anos e muitos mitos voadores testemunham esse sonho. Hoje em dia, os foguetes chineses voam para o espaço se tornaram uma realidade. No entanto, esses foguetes que voam para o céu ainda não experimentaram a experiência de "voar para casa" - a reciclagem de foguetes ainda é um obstáculo perigoso para os foguetes chineses.

Na verdade, a exploração da reciclagem de grandes foguetes produzidos internamente acelerou este ano. Recentemente, uma nova seta de verificação de tecnologia para veículos de lançamento reutilizáveis ​​desenvolvida pelo Oitavo Instituto de Ciência e Tecnologia Aeroespacial Corporation conduziu com sucesso um teste de vôo de 10 quilômetros no Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan. A Blue Arrow Aerospace está prestes a realizar um teste de voo de decolagem e pouso vertical de 10 quilômetros, e a Deep Blue Aerospace está prestes a iniciar um teste de decolagem e pouso vertical de 5 quilômetros para o primeiro estágio do "Nebula-1 "foguete... Quase todo mês, há um "grande movimento" na recuperação dos foguetes chineses".

Então, por que reciclar foguetes como garrafas de Coca-Cola? O que há de tão difícil na reciclagem de foguetes? Quantos passos um foguete dá desde “sair de casa” até “voltar para casa”?


Por que reciclar foguetes?

Com o comando “3, 2, 1, atire!”, o foguete subiu ao céu e subiu ao céu. Esta é a impressão que a maioria das pessoas tem dos lançamentos de foguetes. Quando um foguete voa para o espaço, uma bela parábola é tudo de que todos se lembram, e poucas pessoas se importam se ela retornará.


Em 19 de janeiro de 2024, a Blue Arrow Aerospace conduziu um teste de decolagem e pouso vertical de foguete no Centro de Lançamento de Satélites de Jiuquan, que foi um sucesso total.

Na verdade, antes de 2015, os foguetes eram consumíveis descartáveis ​​que nunca mais voltariam depois de serem lançados ao espaço. No entanto, a recuperação bem-sucedida do "Falcon 9" em 2015 fez história: acontece que o foguete também pode ser reutilizado e o "lançamento em voo" não é impossível.

Na verdade, Qian Xuesen, o "Pai da Aeroespacial da China", certa vez imaginou isso em sua "Introdução à Navegação Interestelar" publicada em 1963: "Foguetes de transporte, sejam eles grandes foguetes de primeiro estágio ou pequenos foguetes de segundo estágio, desde que como Com asas, ele pode voar de volta ao solo, então o foguete de transporte pode ser usado muitas vezes."

Quais são os benefícios de deixar um foguete “voar para casa”? Três frases – reduzir custos, aumentar a eficiência e melhorar a qualidade.

A mais direta é o controle de custos – a reciclagem e a reutilização diluirão naturalmente o custo. "A reciclagem de foguetes é a melhor maneira de reduzir diretamente os custos de lançamento. No passado, o lançamento de foguetes era um uso único, que era tão desperdiçador quanto 'pegar um avião descartável'. Quando o foguete é reciclado, ele pode decolar e pousar várias vezes como um avião. Distribua cada vez mais os custos", disse Bai Guolong, membro da Associação de Ciência e Tecnologia Aeroespacial da China e um popular blogueiro de ciência aeroespacial.

Em segundo lugar, o foguete é reciclável, o que significa que a frequência de lançamento aumentou, o que é uma esperança para a expansão industrial. Os lançamentos de foguetes tradicionais devem permitir pelo menos dois meses de período de preparação, e a janela de tempo deve ser seguida de perto para “ver o tempo”. "Os foguetes recicláveis ​​são diferentes. Eles podem ser lançados novamente com apenas reparos e manutenção simples. A melhoria substancial na utilização de foguetes, na frequência de lançamento e na flexibilidade de lançamento melhorará muito a capacidade de entrar rapidamente no espaço, e a exploração e o desenvolvimento espacial em grande escala irão seja possível. Talvez", disse Huo Liang, fundador da Deep Blue Aerospace.

Além disso, a atualização da capacidade dos foguetes recicláveis ​​ajudará a melhorar a qualidade geral da exploração espacial. "Atualmente, redes de constelações em grande escala exigem lançamentos de foguetes de grande capacidade, baixo custo e alta frequência. Foguetes reutilizáveis ​​em grande escala podem apoiar a estratégia de engenharia de constelações de Internet do meu país, Gerente Geral do Departamento de P&D de Foguetes Espaciais Blue Arrow." e o presidente do Zhuque-3, comandante Dai Zheng, disse.

Quão difícil é recuperar um foguete?

O roteiro é conciso e claro, mas transformar os desenhos em realidade é extremamente difícil.

Um foguete tradicional consiste em dois estágios, um na parte inferior e dois no topo. A atual recuperação do foguete refere-se ao processo no qual o primeiro e o segundo estágios se separam quando o foguete voa a uma altitude de mais de 100 quilômetros, o segundo estágio entra na órbita pré-determinada e o primeiro estágio, que só pode se autodestruir, retorna para o local de lançamento. Em suma, a “recuperação” do foguete significa atualmente o “retorno ao lar” do primeiro estágio.

Seu “retorno para casa” é dividido em três etapas. O primeiro passo é separar o corpo da flecha e ajustar a atitude. Depois que o foguete é aceso e lançado, ele atinge uma altitude de mais de 100 quilômetros, o motor do primeiro estágio é desligado e o segundo estágio se separa do primeiro estágio. Para retornar ao solo no primeiro nível, você deve primeiro “virar”, ou seja, ajustar sua atitude. O segundo passo é desacelerar. Depois de girar, o foguete entra no processo de retorno e a velocidade é muito rápida. Nesse momento, o motor precisa ser acionado pela segunda vez para diminuir a velocidade. O terceiro passo é pousar e pairar. Como a posição ideal para o foguete retornar à posição original é com a cauda abaixada e a cabeça erguida, o motor precisa ser acionado pela terceira vez para ajustar a posição e dar partida ao foguete. um impulso reverso para que ele possa pousar quando pousar. A aceleração e a velocidade caem para 0 ao mesmo tempo.

Por que é mais difícil para um foguete “voltar para casa” do que lançar um foguete?

O mais difícil é “retornar com precisão”. “Durante a descida do foguete, à medida que o consumo de combustível e a velocidade mudam, ele precisa produzir empuxo de diferentes tamanhos para garantir sua desaceleração suave. Isso requer que o motor do foguete ajuste o empuxo de maneira precisa e dinâmica e tenha a função de múltiplas partidas. " Dongfang. Huang Shuai, projetista-chefe do foguete Gravity 2 da Space Company, enfatizou que um algoritmo preciso deve ser usado para fornecer uma orientação cuidadosa para que o foguete retorne para casa sem problemas.

“Estabelecer-se” também não é fácil. Durante o retorno do foguete, a atitude de descida e o ângulo de pouso devem ser controlados com alta precisão. Uma vez que o ângulo de pouso esteja errado, o foguete pode tombar, causando vazamento de combustível e explosão. Essa dificuldade é como jogar pauzinhos em uma garrafa, sem falar que se trata de um “pauzinho” gigante com velocidade de queda de mais de 1.000 metros/segundo. Na verdade, mesmo que a desaceleração efetiva seja alcançada antes do pouso, a enorme inércia trazida pelo foguete pesando dezenas de toneladas deve ser levada em consideração. Você sabe, há muitos componentes eletrônicos de precisão no foguete. Para garantir que esses “tesouros” possam ser usados ​​​​novamente, seu valor de habilidade de buffer deve ser preenchido.


Em 21 de julho, o foguete Nebula-1 desenvolvido de forma independente pela Deep Blue Aerospace completou um teste simulado de voo de recuperação em alta altitude.

Outra dificuldade é o “uso duradouro”. Zheng Ze, vice-gerente geral da Deep Blue Aerospace, disse que para que os foguetes recicláveis ​​resistam ao teste de múltiplas reutilizações e reentradas na atmosfera, eles precisam usar novos materiais compósitos com alta resistência, resistência a altas temperaturas e ultra- peso leve para superar uma série de dificuldades de desempenho do material Os requisitos de confiabilidade de componentes como motores são particularmente altos. Além disso, os foguetes reutilizáveis ​​devem ser bem mantidos. A simples inspeção e manutenção após a reciclagem podem atender aos requisitos para relançamento. Existem também muitas lacunas técnicas na avaliação e nos testes que precisam de ser colmatadas nesta área.

A exploração nunca para

O que mais precisa ser feito para que os foguetes da China “vão e voltem”?

“Por um lado, precisamos otimizar o processo de gestão e aprovação de lançamentos de foguetes e equilibrar segurança e eficiência. Por outro lado, precisamos construir mais locais de lançamento e estações de lançamento, incluindo plataformas de lançamento de recuperação terrestre e marítima, para nos adaptarmos. às necessidades de lançamento de frequência mais alta, Bai Guolong disse que, ao criar um ambiente onde a tecnologia é rapidamente iterada e os processos e custos são constantemente otimizados, espera-se que esta estrada de escalada de montanha se torne mais suave.

A recuperação do foguete é difícil, mas a confiança dos astronautas não diminui. Um envelope está exposto na Biblioteca Qian Xuesen da Universidade Jiao Tong de Xangai. Em 1941, quando Qian Xuesen estava concluindo seu famoso artigo "Axial Compression Buckling of Cylindrical Shells", ele escreveu "Final" com caneta vermelha no envelope que continha o manuscrito. Ao largar a caneta, de repente percebeu que “Final” também significa “fim”: “Como pode a busca pela verdade terminar?” Qian Xuesen pegou o envelope e escreveu “Nada é definitivo” com uma caneta preta.

Huang Shuai disse: “Nossa exploração da tecnologia de recuperação de foguetes também nunca terminará”.

Título original "Quantos passos são necessários para levar os Rockets para" casa "? 》

Repórter Banyuetan: Zhang Manzi/Editor: Fan Zhongxiu

Editor: Zhang Ziqing/Revisor: Qin Daixin