När Elon Musk från SpaceX tweetsar något intressant, genererar det en våg av spänning. Så när han nyligen tweetade att SpaceX kanske arbetar på ett sätt att hämta övre stadier av deras raketer, satte det en kedja av intresserade svar.
SpaceX kommer att försöka föra tillbaka raketens övre scen från omloppshastigheten med hjälp av en jättefestballong
- Elon Musk (@elonmusk) 15 april 2018
SpaceX har hämtat och återanvänt sina lägre etapper sedan länge och det har sänkt kostnaden för att starta nyttolaster ut i rymden. Men detta är det första antydan att de kan försöka göra samma sak med övre etapper.
Twitter-svarare ville veta exakt vad SpaceX har i åtanke, och vad en "jättefestballong" kan vara. Musk har inte utarbetat ännu, men en av hans Twitter-följare hade något intressant att lägga till.
Quinn Kupec, student vid University of Marylands James Clark School of Engineering twitrade till Musk:
Om du föreslår vad jag tror att du är, en ultralåg ballistisk inmatningskoefficient, då ska du och @SpaceX komma och se vad vi har på @UofMaryland. Vi har arbetat med det här ett tag och har precis avslutat testet pic.twitter.com/nJBvyUnzaK
- Quinn Kupec (@QuinnKupec) 16 april 2018
Space Magazine kontaktade Kupec för att se om han kunde hjälpa oss att förstå vad Musk kan ha fått. Men först lite bakgrund.
En "ultra låg ballistisk inmatningskoefficient decelerator" är lite av en munfull. Den ballistiska koefficienten mäter hur väl ett fordon kan övervinna luftmotståndet under flygningen. En hög ballistisk koefficient innebär att ett återinföringsfordon inte förlorar hastigheten snabbt och skulle nå jorden med höga hastigheter. En ultralåg ballistisk inmatningskoefficient-retardator skulle förlora hastigheten snabbt, vilket innebär att ett fordon skulle resa i låga, subsoniska hastigheter innan det når marken.
För att återhämta en övre etapp booster är låga hastigheter önskvärda, eftersom de genererar mindre värme. Men enligt Kupec finns det ett annat problem som måste övervinnas.
”Vad händer när dessa saker bromsar ner till landningshastigheter? Om ditt tyngdpunkt är kompenserat avsevärt bakom ditt dragpunkt, som skulle vara fallet med en återgående övre etapp, kan det bli instabilt. Om tyngdpunkten för återinföringsfordonet är för högt kan det inverteras, vilket uppenbarligen inte är önskvärt. ”
Så tricket är att sänka hastigheten på återinföringsfordonet till den punkt där värmen som genereras genom återinföring inte skadar boosteren och att göra det utan att få fordonet att vända eller på annat sätt bli instabilt. Detta är inte ett problem för huvudstegförstärkare som SpaceX nu rutinmässigt återhämtar; de har sina egna retro-raketer för att styra deras härkomst och landning. Men för övre scener, som når omloppshastigheter, är det ett hinder som måste övervinnas.
"Min forskning är specifikt inriktad på hur högt du kan pressa tyngdpunkten och fortfarande behålla rätt flygkonfiguration," sade Kupec.
Men hur är det med den "jättefestballongen" som Musk tweetade om?
Musk kan hänvisa, i färgglada termer, till det som kallas en ballute. Ordet är en kombination av orden ballong och fallskärm. De uppfanns på 1950-talet av Goodyear Aerospace. De kan stoppa nedstigningen av inträdesfordon och ge stabilitet under nedstigningen.
"... ballongen måste vara 120 fot i diameter och tillverkad av ett högtemperaturtyg ..." - Professor Dave Akin, University of Maryland
Space Magazine kontaktade professor Dave Akin från University of Maryland för en viss inblick i Musks tweet. Professor Akin har arbetat med reentry-system i över två decennier.
I ett e-postutbyte berättade professor Akin: ”Det har föreslagits koncept för att utplacera en stor ballong på en kabel som bogseras bakom dig när du kommer in. Ballongen sänker din ballistiska koefficient, vilket innebär att du bromsar högre i atmosfären och värmebelastningen är mindre. ” Så nyckeln är att skrubba din hastighet innan du kommer närmare jorden, där atmosfären är tjockare och genererar mer värme.
Men enligt professor Akin kommer detta inte nödvändigtvis att vara lätt att göra. "För att få de två beställningarna av storleksminskning i ballistisk koefficient som Elon har talat om ballongen skulle behöva vara 120 fot i diameter och gjorda av ett högtemperaturtyg, så det kommer inte att bli så lätt."
Men Musks meritlista visar att han inte skymmer sig för saker som inte är enkla.
Att hämta övre raketsteg handlar inte bara om att sänka lanseringskostnader, det handlar också om rymdskräp. Europeiska rymdorganisationen uppskattar att det finns över 29 000 bitar med rymdskräp som kretsar runt jorden, och att en del av detta skräp används i övre scener. Det har redan varit några kollisioner och olyckor, med vissa satelliter som skjuts in i olika banor. Under 2009 kolliderade Iridium 33-kommunikationssatelliten och den nedlagda ryska Cosmos 2251-kommunikationssatelliten med varandra och förstörde båda. Om SpaceX kan utveckla ett sätt att hämta sina övre stegförstärkare, betyder det mindre rymdskräp och färre potentiella kollisioner.
Det finns ett tydligt prejudikat för att använda ballonger för att hantera reentry. Med människor som professor Akin och Quinn Kupec som arbetar med det kommer SpaceX inte att behöva uppfinna hjulet igen. Men de kommer fortfarande att ha mycket arbete att göra.
Musk tweetade en annan sak kort efter sin "jättefestballong" -tweet:
Och sedan landa på ett bouncy hus
- Elon Musk (@elonmusk) 16 april 2018
Inget ord ännu om vad det kan betyda.
Elon Musks "jättefestballong" -tweet: https://twitter.com/elonmusk/status/985655249745592320
Quinn Kupecs tweet: https://twitter.com/QuinnKupec/status/985736260827471872
