В общем, небольшая оговорка: выступление будет всего 20 минут.
Таким образом, у меня есть только время, чтобы дать вам приблизительное понятие о том, как устроена посадка.
Если вы хотите летать на настоящем Шаттле, пожалуйста убедитесь, что вы прочитали инструкцию по применению. Кроме того, вам понадобится машина времени, так как последний шаттл приземлился более пяти лет назад.
Теперь они обитают в музеях и никак не смогут взлететь. Тем не менее, я, как и все вы, последние пять лет нахожусь в состоянии отрицания этого факта. Особенно ты, Стив Фельдман. Так что, в моем мире шаттл до сих пор летает и мы просто будем использовать настоящее время для этого разговора.
Итак, давайте начнем. Наша цель состоит в том, чтобы приземлиться на взлетно-посадочной полосе (далее — ВПП) в Космическом центре Кеннеди во Флориде, но давайте предположим, что теперь мы пролетаем по орбите над Южной Америкой со скоростью 27700 км [в час] в неверном направлении.
Ну, мы не можем просто развернуться. Изменение направления на орбите требует сумасшедших энергетических затрат. Так что же нам делать?
Ну…
В принципе, ничего. Так получается, что Земля вращается, что означает, что Космический центр Кеннеди сам придет к нам, стоит только подождать.
Так что на этом обороте, когда мы прилетим к Космическому центру Кеннеди, мы просто остановимся! Оно всегда так делает.
Оказывается, что мы по-прежнему летим со скоростью свыше 27700 км/ч. Чтобы вы представляли насколько это быстро, ВПП, на которую мы собираемся приземляться имеет длину в 4500 метров. Это приблизительно 40-45 футбольных полей, в зависимости от того, что вы считаете футбольным полем.
Это одна из самых длинных ВПП в мире, но при нашей текущей скорости, мы пролетим по всей ее длине всего за шесть десятых секунды. Мы могли бы добраться из Нью-Йорка в Лондон всего за 12 минут. Так что нам нужно затормозить. Сильно.
Что ж, у шаттла отличные двигатели с кучей мощности, чтобы замедлить нас. Так давайте просто снова их запустим! Кхм… здесь становится… немного неловко. Понимаете, мы, как бы, остались без топлива. В нашу защиту скажем, что запуск, на самом деле, дорогое мероприятие. Вот эти два ускорителя по бокам, они сжигают 1,1 миллиона фунтов или пятьсот тысяч килограммов твердого топлива всего за две минуты, а затем мы просто выбрасываем их.
Этот большой оранжевый внешний бак содержит еще 1,6 миллиона фунтов, или семьсот двадцать пять тысяч килограммов жидкого топлива для трех главных двигателей Шаттла, но после восьмиминутного пуска, они тоже опустели. Так что мы должны выкинуть и их. Пока!
Всё, что у нас осталось — эти крохотные маневровые орбитальные двигатели, которые вместе производят менее 1% от тяги главных двигателей. Они не смогут замедлить нас со скорости 27700 км/ч, но есть одна уловка.
На самом деле, нам не нужно тормозить так сильно. Если мы замедлимся всего на 360 км/ч то этого будет достаточно, чтобы начать падать в атмосферу, где сопротивление воздуха может сделать остальную работу.
Таким образом, мы сжигаем топливо для схода с орбиты, что занимает около трех минут, используя орбитальные маневровые двигатели. После этого мы просто собираемся дрейфовать около получаса, прежде чем достигнем атмосферы. Но мы не можем войти в атмосферу задом-наперёд!
Прежде всего, мы будем выглядеть смешно, НО что, возможно, важнее, сопротивление воздуха так велико, что в конце концов мы расплавимся. Тогда, мы задираем угол атаки до 40 градусов. Это угол между тем направлением, куда вас влечет скорость и тем, куда направлен нос корабля.
При таком угле, наш легкоплавкий алюминиевый корпус может быть защищён с помощью более чем 20 000 кремниевых плиток, а также этими усиленными углерод-углеродными панелями на носу и переднем крае крыльев.
Занимательный факт: поверхности орбитального аппарата, которые не нагреваются, покрыты этими термическими пластинами, а также тканью из номекса, которая покрывает крылья и
грузовые двери. Всё это совсем не похоже на обычный самолет, но ладно, вернемся к спуску.
Итак, если все пойдет хорошо, мы должны соприкоснуться с первыми слоями атмосферы на высоте 122 км приблизительно в 8000 км от нашего места посадки.
Это всё хорошо, но через несколько минут появляется некоторая проблема. У нас есть крылья! И крылья создают подъемную силу, и, по мере погружения в более плотный воздух, они генерируют столько подъемной силы, что мы вообще-то начнем снова подниматься и покидать атмосферу.
Это не очень хорошо. Нам вообще-то нужно продолжать спускаться. Что ж, мы могли бы задирать нос еще выше… Это увеличило бы сопротивление и уменьшило подъёмную силу, но мы рискуем перегреться, превысить нагрузки или просто потерять контроль над орбитальным аппаратом.
Итак, мы не можем изменить наш угол атаки, что означает, что мы не можем изменить сколько подъемной силы мы генерируем. Однако, мы можем изменить направление этой силы. Она не обязана быть направлена вверх.
Если мы накренимся вправо или влево, мы можем направить нашу подъемную силу в сторону, а не вверх. Что ж, это фактически позволит нам контролировать скорость снижения. С более крутым углом крена, мы будем генерировать меньше подъемной силы, направленной вверх, так что станем спускаться быстрее. Таким же образом, с небольшим креном, мы будем генерировать больше верхней подъемной силы, поэтому мы не будем падать так быстро.
Но это поднимает интересный вопрос: как быстро мы хотим опускаться? По сути, вход в атмосферу — большая проблема распределения энергии. У нас есть много скорости и много расстояния для преодоления. Цель состоит в том, чтобы уменьшить скорость таким образом, чтобы преодолеть нужную дистанцию.
Если мы замедлимся слишком быстро, мы не долетим до места посадки, а если мы затормозим слишком медленно, мы проскочим прямо мимо Космического центра Кеннеди и потерпим крушение в Атлантическом океане, что тоже плохо. Таким образом, мы выяснили, что для того, чтобы управлять спуском нам просто нужно изменить угол крена. Но как мы будем контролировать торможение (как быстро мы замедляемся)?
Вспомните, в первую очередь мы замедляемся, потому что мы сталкиваемся с воздухом. Если мы хотим тормозить сильнее, всё что нам нужно — это всего лишь больше воздуха. И где же больше воздуха? Конечно, ниже в атмосфере — она становится плотнее по мере вашего спуска.
Так что мы вроде как определили правильные инструменты для управления замедлением, потому что если мы накренимся сильнее, то мы будем опускаться быстрее, как вы уже знаете. Тогда мы скорее достигнем плотного воздуха, а плотный воздух поможет нам сильнее замедлиться.
И наоборот, дать меньший крен, то мы не будем спускаться так быстро, поэтому мы будем дольше находиться в разреженном воздухе, что означает, что торможение будет происходить медленнее.
Итак, остается всего одна проблема: нас начинает разворачивать. Угол крена не помогает так, как мы изначально надеялись. Поэтому NASA обратилось к своим инженерам. «Это очень серьезная проблема! Мы не можем взять и приземлиться Панаме»!
А инженеры ответили: «Ну, тогда просто поверните в другую сторону. Это ж не ракетостроение, и зачем вы тратите наше время, Стив»?
Итак, получается вот такая S-образная кривая для спуска, но она работает. Поэтому, прежде чем идти дальше, давайте посмотрим, что мы узнали. Мы начали с маневра по схождению с орбиты, длящегося примерно три минуты. Затем мы дрейфуем к плотным слоям атмосферы и в процессе устанавливаем угол атаки в 40 градусов, чтобы тепловой экран мог защитить нас. Как только мы вошли в атмосферу, все контролируется углом крена. Если кажется, что мы перелетим полосу, то увеличиваем крен, и замедляемся быстрее. А если нам грозит недолет, то уменьшаем крен и замедление происходит не так быстро. А ещё если мы слишком отклоняемся от цели, нужно просто повернуть в другую сторону, совершая, так называемые, «балансирующие повороты». Так их называют в NASA.
Это фото возвращения последнего Шаттла в ходе миссии STS-135. Кое-что интересное об этом свечении при вхождении: технически, это не огонь, хотя очень похоже. Это, на самом деле, горячий газ, который так горяч, что электроны отрываются от своих атомов и молекул, и они начинают светиться, этот мягкий оранжевый цвет. Это другое состояние материи, называемое плазмой, которое, даже если вы никогда не слышали о нём, вы видели его постоянно, в виде неоновых знаков, молнии, и самое главное — Солнце является большим светящимся шаром плазмы.
Теперь, пока мы замедляемся, мы получаем меньше этой плазмы, и мы получаем меньше тепла, поэтому мы меньше беспокоимся о плавлении. Но мы всё больше и больше озабочены просто падением через воздух. Мы правда превращаемся из космического корабля в самолёт.
Со скоростью в 13000 км/ч мы начинаем опускать нос, понижая наш угол атаки. Тогда при скорости в 2750 км/ч, мы переключаемся в совсем другой режим управления, называемый Управление Энергией в Терминальной Зоне, или TAEM.
Теперь мы летаем как самолёт. Очень плохой самолет. У нас нет двигателей, но мы функционируем примерно как самолет. Мы задираем нос, чтобы контролировать нашу скорость спуска.
Мы кренимся, чтобы повернуть, и у нас ещё есть эта штука, сбрасывающая скорость, которая может открываться и закрываться, чтобы помочь нам контролировать нашу скорость полёта.
Также, до этого момента мы летели на автопилоте. Автопилот управляется пятью этими резервными компьютерами, каждый с целым мегабайтом памяти. Вы бы не смогли поместить туда даже одно фото с телефона, но Шаттлом он управлял довольно хорошо.
Но при приближении к ВПП Командир берет на себя управление, этот режим называется CSS, т.е. Управление Рычагом-Штурвалом (не каскадные таблицы стилей). Тем не менее, Шаттл управляется машинно, на самом деле это означает, что компьютеры контролируют всё не останавливаясь. Даже во время CSS компьютер просто притворяется, что дал людям полетать, прямо как в рутинной жизни.
Примечание: ни один пилот Шаттла не хочет, чтобы его называли вторым пилотом. Это просто оскорбительно. В общем, в левом сидении у нас сидит командир, который управляет полётом. А в правом кресле, у нас сидит пилот. И не летает.
Я не совсем уверен, что NASA не сделали это, чтобы запутать СМИ, потому что срабатывает очень хорошо.
Но вернёмся к ТАЕМ. TAEM проводит нас за осевую линию ВПП, а затем по этой воображаемой спирали, называемой называемой Конусом Выравнивания Курса. Если всё прошло хорошо, мы будем выровнены с ВПП и будем планировать с высоты в 3000 метров.
Конечно, будь мы на обычном авиалайнере, «планирование» означало бы трёхградусный путь снижения со скоростью около 255 км/ч, со скоростью снижения около 230 метров в минуту. Но у нас это не прокатит. У Шаттла короткие крылышки и большой, толстый, круглый нос.
Его ласково называют летающим кирпичом.
Астронавты NASA тренируются в модифицированном самолёте Гольфстрим II, который, чтобы моделировать неаэродинамичность Шаттла летает с выпущенными шасси и с двигателями на обратной тяге.
Таким образом, нам понадобится спуск, чуть более подходящий для кирпича с углом наклона в 20 градусов, скоростью в 555 км/ч и со скоростью снижения более 3050 метров в минуту.
Чтобы предоставить вам контекст, насколько это высокая скорость снижения 3050 метров в минуту, это примерно 190 км/ч. Это критическая скорость для скайдайвера в свободном падении.
Очевидно, мы так не приземлимся, так что на высоте 600 метров, мы начинаем поднимать нос до состояния, называемого предпосадочным манёвром. Мы тратим энергию, которая у нас есть в виде скорости полёта в обмен на уменьшение нашей сумасшедшей скорости снижения. Шасси выпускаются на 91 метре.
Мы дожидаемся последней минуты, так как шасси вызывают сильное сопротивление, и после их выпуска в полёте, их уже не поднять. Мы пересекаем ВПП всего в 8 метрах, скорость полёта падает как бешеная. Касание происходит при скорости в 410 км/ч, тормозной парашют развернут, нос постепенно опускается вниз.
Всего через час и пять минут после нашего тормозного манёвра на обратной стороне планеты мы посадили Space Shuttle.
… из космоса!
Естественно. Откуда ещё вы бы его сажали?
Я покажу вам, как это выглядит с точки зрения пилота, потому как лётчик, я думаю, что это самая крутая вещь в принципе.
Конечно, никто из тех, кому я это показывал, также соглашается с тем, что это самая крутая вещь в истории, но я надеюсь, Стив согласится.
Это ночная посадка STS-115. Мы летим вокруг Конуса Выравнивания Курса прямо сейчас. Мы смотрим через зрительный дипслей пилота. Это все вот эти мигающие зелёные цифры. Слева указана скорость полёта. У нас примерно 260-270 узлов. Справа указана высота. Сейчас мы идём ниже 8500 метров. Совсем скоро сверху, вы увидите восточное побережье Флориды появляющееся в поле зрения.
Это огни к югу от Космического центра Кеннеди.
В самом центре экрана есть квадрат с эдаким нечётким бриллиантом, исходящим из него. Этот бриллиант показывает наш курс. В общем, командир, по сути, сейчас пытается привести эту коробку на алмаз, и это позволит держать Шаттл на правильном пути снижения и по Конусу Выравнивания Курса. Кстати, эта коробка превратится в круг через некоторое время… Это не очень важно. Ну, это важно, но я не хочу объяснять, как. В нижней части, которая теперь исчезла, потому что управление открыто, судя по всему, здесь эта штука, там написано: CSS, и выше написано HDG, т.е. курс. Это Конус Выравнивания Курса, и справа есть горизонтальная линия с парой треугольников, указывающих на неё. Верхний треугольник изображает воздушный тормоз, где он сейчас находится. Он открыт примерно на семьдесят процентов, и нижний треугольник показывает, куда компьютер хочет его поставить, что совпадает в данный момент. Вы увидите, как он делает корректировки, по мере движения, и он сделает большую корректировку на 900-х метрах (незадолго до посадки).
Вот ВПП появляется в поле зрения, и от 3000 метров. Я просто дам астронавтам говорить за себя, потому что мне кажется, это гораздо интереснее. Главный голос, что вы будете слышать — это пилот, говорящий с командиром во время посадки.
Пилот (ПЛТ): «Корректирую.»
Миссия Специалист 2: «След от закрылок.»
ПЛТ: «Вот так вот, 9000».
ПЛТ: «Еще два и два, выглядит подходяще».
Командир (КДР): «Согласен».
ПЛТ: «8000».
КДР: «Слабый встречный ветер на палубе.»
ПЛТ: «7000».
ПЛТ: «Идёшь хорошо.»
КДР: «Согласен».
ПЛT: «6000».
ПЛТ: «Хорошо, 5000. Мой радар в порядке, твой радар в порядке».
КДР: «Согласен».
ПЛТ: «Я посмотрю устройство отбора изображений и
мы идём на 3… примерно 3000».
КДР: «3000. Воздушные тормоза».
ПЛT: "… воздушные тормоза перемещаются на, кажется, около 27".
КДР: «Хорошо».
ПЛТ: «Хорошо, 2000. Предпосадочный. Шасси готовы».
КДР: «Вас понял, предпосадочный».
ПЛТ: «Вижу тебя в предпосадочном. Вижу, ты чуть отстаёшь. Выглядит подходяще. 1000. Максимальная скорость 313. 400.»
КДР: «Шасси выпущены.»
ПЛТ: «А вот и шасси. Шасси движутся. Я вижу, как ты снижаешься на болл-баре. Можешь прибавить интерфейс, если ещё не прибавил. Показывает, что чуть-чуть высоко».
КДР: «Согласен».
ПЛТ: «Высоковато, есть сто футов. 255. Много энергии. Коррекция отличная. Есть 50. Вижу, нос поднимается. 30, 230. Хорошо, не слишком высоко, ещё не пора. Вот так вот. Есть 22, 10. Можешь начать опускать его. Вот так вот, 7, 6, 5, 4, 3. Касание. Есть парашют».
КДР: «Гашу вращение».
ПЛТ: «И я вижу, ты спускаешься на полуторах. Вниз на полтора. Вниз на полтора. Хорошо, касание».
ВЕДУЩИЙ: Итак, вспомните: двигатели им недоступны, так что это один-единственный шанс на посадку. Я также хотел бы отметить, что это видео началась около трёх с половиной минут назад на 11 километрах. Это довольно типичная высота полета для авиалайнера. Так что представьте капитана вашего самолёта, говорящего: «Дамы и господа, мы начинаем наше начальное снижение в Филадельфию (или куда-нибудь). Мы будем на земле в ближайшее время».
И под «ближайшим временем», он имеет в виду три с половиной минуты. Но Шаттл летал именно так, и вот и все.
Спасибо.
[Спасибо! — Брэт]
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Автор: HostingManager
