우주선은 고속으로 이동하여 행성에 착륙하기 전에“브레이크”해야합니다. 지구에 대기가있을 때, 공기 역학적 드래그를 사용하여 운동 에너지를 소산 할 수 있습니다. 이 과정은 대기 진입이라고하며, 이는 공기 역학적 감속기/열 차폐가 충분한 드래그를 생성하고 고온을 견딜 수 있으며 차량에 과도한 열을 방지합니다.
.우주선이 화성에 대한 인간 임무와 같은 미래의 우주 임무를 위해 점점 더 커지면서 필요한 열 차폐 크기는 기존 로켓의 직경보다 커질 것입니다. 따라서 풍선이나 우산과 같은 작은 볼륨에서 배치 할 수있는 배치 가능한 열 차폐가 필요합니다.
NASA와 ESA를 포함한 업계는 풍선 모양의 풍선 구조물과 우산과 같은 배치 가능한 메커니즘을 탐색하는 동안 영국 맨체스터 대학교 (University of Manchester)의 연구원들은 최근에 나선형 스커트처럼 형성된 유연한 열 차폐를 활용하는 새로운 접근법을 제안했습니다. 비행 중에 Sycamore 씨앗처럼 회전하고 원심력 하에서 배치하며 자체 배치를 조절합니다. 고유 한 운영 원리는 가볍고 간결하며 강력 할 수 있습니다. 이 디자인은 무거운 화성 랜더스에 대한 수요에 반응 할뿐만 아니라 저렴한 궤도 내 과학 실험을위한 복구 가능한 큐 세트, 행성 탐사를위한 나노 프로브 떼 및 복구 가능한 로켓 상단 단계/부품을위한 과도한 감속기와 같은 새로운 응용 프로그램을 가능하게 할 수 있습니다.
원심 배포는 크지 만 가벼운 구조를 가능하게합니다. 첫 번째 원칙에서 시작하기 위해, 탄성력은 일반적으로 구조 (예 :풍선 및 우산)를 배치하고지지하는 데 사용되지만 특정 시나리오에서는 원심력과 같은 관성력이 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.
논문에보고 된 매우 기본적인 분석에 따르면, 하중 부유 용량을 유지하기 위해, 탄성 지원 구조의 질량은 구조가 확장 될 때 기하 급수적으로 증가해야한다. 한편, 원심 분리 된지지 구조의 질량은 느린 속도로 증가하는 경향이 있으므로 동시에 크고 비교적 가벼울 수 있습니다. 예를 들어 헬리콥터 로터는 정적 일 때 자체 무게로도 편향하지만 한 번 고속으로 회전하면 전체 항공기를지지합니다.
원심 분리 배치 외에도 제안 된 설계의 흥미로운 측면은 구조적 형상의 수동적 인 밀접한 루프 제어를 가능하게한다는 것입니다. 열 방패는 나선형 종이 접기 패턴을 따라 유연한 직물을 기반으로하며, 이는 차량을 회전시키기 위해 공기 역학적 롤 토크를 생성합니다 (자동화). 그로 인해 원심력은 유연한 방패를 배치하고 평평하게하며, 방패 모양의 평평한 상태에서 회전 운동의 속도가 느려집니다. 마지막으로, 그것은 어느 정도 배치의 평형에 도달하는 반면,이 정도는 대기 밀도와 방패의 면적 밀도 사이의 비율에 의해 결정됩니다. 이 원칙 덕분에 열 차폐는 자연스럽게 높은 고도 (즉, 저 공기 밀도)에서 거의 가득한 배치를 달성합니다. 이는 중요한 비행 체제 전체에서 안정적인 공기 역학적 프로파일과 높은 드래그 계수가 유지됩니다.
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이 새로운 디자인 접근법은 향후 진입 시스템에 다양한 이점을 가져올 수 있습니다. 완전히 패배적인 자체 조절 작업을 통해 시스템은 간결하고 강력 할 수 있습니다. 탄성력보다는 관성력의 활용은 크지 만 가벼운 설계를 가능하게합니다. 탄성 강성이 필요하지 않기 때문에, 방패는 세라믹 직물과 같은 매우 유연한 재료로 만들어 질 수 있으며, 이는 우수한 강도 대 질량 비율 및 온도 내성을 갖는 동안 적재를 위해 쉽게 접을 수 있습니다. 열 차폐가 질량을 갖는 한 관성력이 생성 될 수 있기 때문에 온도 변화에 덜 민감하며 열 보호 문제가 적습니다.
이러한 모든 결과는 한 문장으로 일반화 될 수 있습니다. 자체 조절 수동 원심 분리 배치는 배치 조건에 결합 된 환경 토크에 의해 회전 운동에 의해 구동 될 때 >. . 따라서 응용 프로그램은 입력 시스템에 국한되지 않습니다. 예를 들어, 연구원들은 자체 규제 배치가있는 메타 물질 태양 항해에 관한 논문을 발표했는데, 이는 가볍고 간결하며 견고함에있어 혜택을받습니다. 흥미롭게도, 이러한 수동적 자체 조절 시스템은 1788 년 제임스 와트 (James Watt)가 발명 한 원심지 주지사와 유사하며, 이는 능동 제어 입력없이 증기 엔진의 속도를 안정화시키는 데 사용되었습니다. 맨체스터의 연구원들은이 오래된 원리를 열 방패 및 태양 광 돛에 적용하는 방법을 시연함으로써 미래의 배치 가능한 우주 구조를위한 새로운 가능성을 열어줍니다.
이러한 결과는 원심력에 의해 배치 된 Flexible Heat Shield와 종이 접기 영감 모핑 반사기에 의해 가능하게 자체 조절 된 원심 분리기 배치가있는 Heliogyro Solar Sail이라는 제목의 기사에 설명되어 있습니다. "" "> . 그리고 최근에 Acta Astronautica에 출판 된 종이 접기에서 영감을 얻은 모핑 반사기가 가능하게 자체 규제 원심 분리 배포를 가진 Heliogyro 태양 광 항해.
이 작품은 Rui Wu, Peter C.E Roberts, Constantinos Soutis 및 맨체스터 대학의 Carl Diver가 수행했습니다.
