是什么阻止了乘员龙离开船?





昨天,在美国飞船“龙”号着陆的广播中,许多人提请注意侧面舱口打开之前出现的栓塞。气体分析仪显示四氧化氮浓度过高,四氧化氮是船舶发动机的有毒燃料成分。宇航员不得不等待半个小时,化学物质才能消失,而救援队这段时间都戴着防毒面具。



一些俄罗斯评论员很快报告说这艘船对人有危险,而过失的是埃隆·马斯克(Elon Musk),他痴迷于用火箭发动机而不是降落伞将船降落的想法。 SpaceX确实有进行火箭动力着陆的计划,但几年前在客户(NASA)的坚持下被放弃。当水星,双子座和阿波罗在半个世纪前返回时,该船将以“老式方式”被种植在水面上。来自波音公司的SpaceX竞争对手以不同的方式解决了这个问题-他们制造了类似着陆设备的充气枕头,并正在计划着陆。



但是,SpaceX计划将其用于降落的强大Super Draco发动机却留在了船上,现在它们“以防万一”了-作为紧急救援系统的发动机







它们应该仅在发生导弹事故时使用,但不参与正常飞行。标准的定向和轨道校正系统使用小型Draco发动机,该发动机具有独立的燃油系统。所以船员龙在2019年第一次测试飞行无人机是成功的,但在飞行后的测试中,超德拉科列入导致的破坏船的立场。



快速无意拆卸




事故的原因是氦气增压箱和Super Draco燃料箱之间的阀门。在下一艘船上,危险的阀门被一次性的易碎膜所代替,人员被送入太空。返回时,再次出现燃油问题,但这一次是在船外。在着陆的广播中,您可以在7:03:56看到这一刻:专家将气体分析仪带到船的侧舱门锁上,并立即发出命令离开船体:







很快,气体分析仪显示出四氧化二氮的存在,四氧化二氮是一种用于Draco定向发动机和Super Draco紧急救援发动机的氧化剂。经过半小时的等待,舱口被打开,宇航员成功从船上撤下。探险结束了,SpaceX的代表对此情况发表了评论:“是的,有NTO蒸气,下一次我们将更好地为推进系统通风,但总的来说没有风,没有汹涌的大海,我们没想到这一点。”



让我们尝试找出这个问题有多严重,为什么会出现,以及水和风与它有何关系。



在载人航天器上使用有毒燃料的想法似乎是一个坏主意,但这不是时髦的麝香的发明。原则上,船舶设计人员别无选择:飞行中的燃料必须存储数周或数月,因此低温氧气或氢气不适合。由于推力太低,不能在载人船上使用离子或等离子推进器。也有过氧化氢,但是在高浓度下它是有毒的,其作为燃料的效率要差两倍。因此,它仍然可以“散发臭气”地飞行,并且还可以自燃,从而简化了发动机的设计。在过去的半个世纪中,几乎所有载人航天器都在太空中飞行,包括航天飞机和国际空间站。唯一的例外是“ Buran”,但是它使用了复杂的氧气存储系统。



在真空中使用火箭发动机期间,并非所有燃料都会迅速飞离船舶。零件以低速散落或在发动机周围沉淀。这就是在对接期间操纵俄罗斯联盟号飞船的过程的样子:







二十年来,ISS Zvezda服务舱已被校正引擎周围明显的有毒棕色斑点覆盖。下次您看到我们的宇航员爬上车站船体时,请记住这些地点。毫不奇怪,在那里可以戴手套。







这意味着联盟号和乘员龙号上的燃料都具有同等毒性,但是我们的船降落不需要使用气体分析仪,这是有原因的。首先,俄罗斯太空船的外部被屏蔽-真空绝热层所覆盖,从而保护了船只免受日光过热或阴凉处的低温影响。燃料成分沉积在该壳体上,该壳体在着陆期间被气流撕掉。







其次,在联盟号(Soyuz)中,可居住空间(杂物间和下降车辆)与服务(仪表组件)隔间在物理上隔开,服务隔间容纳有毒燃料的发动机和油箱。







第一艘船上也有类似的设计,并保留在大多数现代和未来的船上:“ PTY NP ”,中国的PTK NP,Starliner,Orion,Federation / Eagle ...







所有新船都采用可重复使用的下降载具,但其服务舱是一次性的,在进入大气层之前已掉落。乘员组龙还包括两个部分,但在他的案例中,第二部分具有时髦的机翼,更方便地称其为货舱或辅助舱,而不是服务舱。







重返船体中包括了大多数Crew Dragon的服务系统,包括姿态推进器和油箱,尽管它们不会以任何方式与居住空间通信。







联盟号下降车辆还具有用于控制大气中下降速度的小型发动机,但是已经存在过氧化氢,在低浓度下它不会构成危险。在着陆之前,我们的船舶由固体推进剂软着陆发动机发射,该发动机也不会产生有毒的沉淀。







乘员龙不仅在轨道上使用有毒燃料,而且在有组织的下降过程中还使用有毒燃料。它没有外部的屏幕真空隔热层,白色涂料足以反射阳光。所有这些导致了这样的事实,即剩余的燃料可能在着陆后最终落在船体上。但是他坐在水上,并与大气层相结合,这将有助于清洁船舶至安全水平。NASA并不反对这种技术解决方案,显然是因为这种做法在例如阿波罗计划之前就已经存在。阿波罗指挥舱还配备了姿态控制引擎,用于处理有毒燃料,筛网-真空隔热层粘在船体上,着陆后部分保留下来。



阿波罗15号洪水




但是您可以分辨出阿波罗登陆号和船员龙登陆号的区别。阿波罗定向引擎位于模块的底部,在飞溅时被水淹没。乘员龙在发动机缸体下方有一条“水线”。除了海浪之外,清洁船体唯一要做的就是天气,而且看起来与外界的关系很好。但这无法通过锁定机制解决。







让我们看一下Crew Dragon侧舱门锁,发现四氧化氮被污染了。







我们看到,Draco的引擎之一几乎是直接注视着城堡,与地面有明显的夹角。该发动机的启动可以将燃料成分输送到锁定机构,在那里它们保持微量。将来可能会更改锁芯的设计,或者在维护时间表中增加使用压缩空气对该元件的额外净化。



有待弄清楚为什么会出现这样的问题。



Crew Dragon的上述所有技术解决方案:



  • 下降车辆内的紧急救援系统;
  • 缺少外部筛网真空隔热层;
  • 下降车辆内部的服务系统;
  • 定向电机在水线上方...


他们追求一个目标:最大程度地降低可重复使用航天器的成本。伊隆·马斯克(Elon Musk)希望减少人造卫星和人的太空进入成本,这比漂亮的火箭着陆要重要得多。 SpaceX的创始人多次宣布了这个目标,他的几乎每个决定都与此相关。



例如,该计划并不总能奏效,尽管有腿的火箭能够将向太空发射卫星的成本降低一半,尽管马斯克希望减少到十。 Crew Dragon仍然比“ Soyuz”贵,但是一旦达到一定的飞行频率,所有已制定的设计方案将使他们实现经济潜力。



与工程学中的情况一样,为了赢得胜利,您必须牺牲另一件事。在这种情况下,需要十分钟将门锁吹入太空。



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