תפקוד החללית בחלל

שבוע טוב לכולם!

לאחרונה אני מתעסק בשאלה שעלתה לי לראש:
איך חללית זזה בתוך החלל?
בעצם למה הכנפיים עוזרות שם למעלה?

אז ככה, הכנפיים יואילו לנו רק כאשר יש זרמי אוויר עליהם, בחלל - לא ידוע לי על זרמי אוויר.
אז איך החללית זזה אי שם?

תודה מראש לעונים,

אתה כנראה מדבר על מעבורות ...
הכנפיים נועדו אך ורק לנחיתה על כדור הארץ למעשה מעבורות חלל נוחתות כמעט כמו מטוס ...

כנפיים נועדו לתת עילוי בחלל לא צריך אותם והחללית זזה בעזרת דחף של מנועי סילון קטנים.

יש לה את המנועים, היא צריכה את הכנפיים כדי לנחות בכדור הארץ.

הכנפיים עוזרות באטמוספירה כמובן, לכן שאלתי "למה הכנפיים עוזרות אי שם למעלה.. "

אמרת מנועי סילון, מנוע כמובן שעובד על דלק.
הדלק נשרף ונוצר דחף, זה בעצם כמו שאתה דוחף את המעבורת ? אבל מה שלא מובן לי פה מה יש בדחף הזה? מה יוצא מהמנוע שגורם לחללית לזוז?

הכנפיים לא מעניינות אותנו, הן רק מנצלות את האטמוספירה. יוצרות עילוי ומשנות אותו באופן סימטרי (או לא סימטרי בשביל גלגול, למשל). מה שמעניין זה מנוע נוסף שיכול לדחוף את הרכב בכיוון שונה מזה שהמנוע הראשי דחף אותו.

לפני הכל לחלל מגיעים היום במהירות גבוהה שנתן המנוע הראשי. בחלל מעט מאוד חיכוך (במסלולים נמוכים יש חיכוך עם מה שנשאר מהאטמוספירה, אבל זניח לתקופות זמן קצרות)- אז הרכב יישאר במסלולו מסביב לכדור הארץ בלי פעולה של המנוע הראשי לשמירה על המהירות.
אבל צריך להתגלגל, לסבסב, לשנות בצורה עדינה מאוד את המסלול ולשם כך יש מנועים קטנים שזה בדיוק תפקידם- לתת דחף קטן לכיוון הרצוי כדי להשפיע כך על הרכב.

מה נותן את הדחף, שאלת? חומר במהירות גבוהה (לא משנה מה הוא). כשהוא נע לכיוון אחד (כי המנוע הקטן בחללית דחף אותו), הרכב נדחף לכיוון הנגדי באותו כוח. נשמע מוכר?

באותה מידה אחד מאנשי הצוות יכל לתת בעיטה לחללית- הוא היה עף לכל הרוחות בכיוון אחד (טוב, טוב הכל יחסי) והחללית הייתה נעה בכיוון הנגדי, אבל זה קצת סאדיסטי לעשות אז עדיף סילונים קטנים.

ספציפית למעבורת החלל יש שלוש מערכות מנועים.
המנועים הראשיים (SSME) - שלושת המנועים בזנב המעבורת משמשים להמראה בלבד, בעת השיגור הם מספקים 17% מהדחף הכולל. הם פועלים על תערובת של מימן וחמצן נוזליים המאוכסנים במיכל הדלק החיצוני (הדבר הכתום הגדול)
מנועי התמרון (OMS) - שני מנועים בשני פודים משני צידי הזנב. ביחד הם מספקים תאוצה של 0.1 ג'י. מנועים אלו משמשים לשינוי המסלול של המעבורת (העלאה והורדה של המסלול) ולבערת הירידה מהמסלול (מן הסתם).
מנועי "התגובה" (RCS) - סריות של עשרות מנועים רקטיים קטנים, המפוזרים בקבוצות סימטריות בזנב ובחרטום. מספקות למעשה יכולת שליטה על הATTITUDE ("מצב האף"😉 ועל תזוזה במרחב (ששת הצירים).

הכנפיים כאמור, הן סתם משקל מיותר שצריכים לסחוב למסלול סביב כדור הארץ בלעדיהן מהירות הנחיתה של המעבורת היתה מעל 300 קשר. בכל מקרה, שטח הכנפיים נקבע דווקא בגלל דרישה של חיה"א האמריקאי לבצע שיגור למסלול קוטבי, לשחרר לווין ולחזור לנחיתה באתר השיגור. בגלל סיבוב כדור הארץ אתר השיגור זז כ-1000 ק"מ מתחת למעבורת בזמן 90 דקות ההקפה והיה צורך לאפשר למעבורת "לסחוב" את כל המרחק הזה.


יש סדרת הרצאות מאוד מעניינת של MIT בנושא אם אתה לא מפחד מאנגלית מעט מאתגרת (השפה יחסית פשוטה, אבל הנושאים די מורכבים)
http://ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-885j-aircraft-systems-engineering-fall-2005/

זמין גם בItunesU אם אתה מעדיף..

אוקיי אז Mike_69th ו uri_ba, הסברתם לי בדיוק את מה שרציתי לעומק!
תודה רבה באמת!

אין לי כ"כ זמן למאמרים שונים, לכן אני מסתפק בתשובותיכם, תודה רבה!!

האמת שזה נותן חומר למחשבה.. אז איך בעצם מנווטים בחלל? אני משער שיש עוד מנועים שפועלים בכיוון אחר וזה פשוט יחסי כוחות.. אני צודק?

אבל מה שלא מובן לי זה הדבר הבא:
בעצם יש מנוע נכון? כל מנוע שפועל שורף דלק, בחלל אין חמצן ועבור שריפה שזה בעצם אש קטנה שנידלקת מהמנוע צריך חמצן.
יש סוג מיוחד של דלק עבור כאלו דברים? אם לא, איך המנוע פועל בזמן שאין אפשרות קיום של אש או בכלל מנוע?

קיום של אש בחלל אפשרי לגמרי, מה זאת אומרת? אש זה רק גז חם ביותר שפולט אור- זה כבר אחרי שהתרחשה השריפה.
אין שום חשיבות לכך שיש להבה. זו תופעת לוואי. מה שחשוב לנו זה להאיץ את החומר במהירות גבוהה מספיק (או בכמות גדולה מספיק) כדי לייצר מספיק דחף. זה שהוא חם ביותר אחרי שהאצנו אותו זה סתם מגניב ויפה.

השריפה מתרחשת עוד בתוך המנוע, שם מעורבבים הדלק והחמצן (שאלת איפה החמצן? יש מאגר)- ונשרפים.

ברגע שתלמד שיש סוגי מנועים שונים תבין שהכל מסתדר נהדר פה. כאן בתוך האטמוספירה יש המון חמצן זמין אז המנועים מעוצבים כך שהם מנצלים את החמצן הזה. מנועים רקטיים מכילים דלק וחמצן משלהם.
למשל המנועים הראשיים של מעבורות החלל משתמשים במאגרי מימן וחמצן נפרדים, הם לא שואבים שום אויר מהסביבה כדי לפעול.

יש כל מיני סוגי מנועים אחרים, תאורטיים וקיימים, לעבודה בחלל. קרא קצת:
http://en.wikipedia.org/wiki/Spacecraft_propulsion

קודם כל אש תלויה בשלושה גורמים (כמו שאתה בוודאי יודע), חום, חמצן ודלק.
האויר הוא רק צורה אחת לספק חמצן, למעשה זה סה"כ תערובת גז המכילה כ21% חמצן. והשם הג'נרי לרכיב שמספק חמצן לבערה הוא "מחמצן"
במנועי סילון, הדלק הוא דס"ל (קורסין בדרגות שונות) או בנזין. והמחמצן הוא האויר.

הSSME של המעבורת מוזנים מחמצן נוזלי וממימן נוזלי המאוכסנים במיכל הדלק החיצוני,
הם מוזרמים לתוך המנוע על גבי פלטה מיוחדת שתפקידה לערבב את הדלק (המימן) והמחמצן (החמצן הנוזלי)ביחס הנכון, לאחר מכן הבערה היא נמשכת (אחרי ההצתה הראשונית - שלא ניכנס אליה)
כל עוד המנוע פועל בטמפ' מספיק גבוהה, ואספקת הדלק והמחמצן רציפה המנוע יבער, כי אתה מספק לו כל מה שהוא צריך.

את סוגי הדלקים אפשר לחלק לשתי קבוצות mono-propellant, "הודף יחיד" או bi-propellant "דו הודף". קבוצת המונו הם דלקים שבהם יש חומר אחד ששיחרורו הוא שנותן את הדחף, כמו לדוגמה בלון מנופח שמשחררים את הפיה שלו. בסוגי מנועים אלה בד"כ אין בערה וניצולת הדלק שלהם לא טובה במיוחד.

קבוצת הדו מתחלקת לשניים.
דלקים "סטנדרטיים" שמורכבים ממחמצן ומדלק, כאשר להצתתם דרוש מצת חיצוני שיספק את האנרגיה הראשונית לתחילת התגובה.
הקבוצה השניה הם דלקים "היפרגליים" הם מורכבים ממחמצן ומדלק שהתגובה הכימית ביניהם מספיקה כדי לבצע את ההצתה שלהם. בד"כ מדובר בבסיס חזק מאוד ובחומצה חזקה, מפגש בין בסיס לחומצה היא תגובה אקסותרמית שלמעשה מספקת את האנרגיה הדרושה להצתה.

מנועי התמרון של המעבורת (OMS וRCS) מבוססים על דלקים היפרגליים
מונו-מתיל-הודרזין ודו-חנקן ארבע-חמצני
http://en.wikipedia.org/wiki/Monomethylhydrazine
http://en.wikipedia.org/wiki/Dinitrogen_tetroxide

שוב, אני ממליץ בחום להתחיל להאזין להרצאות של MIT, אחד הפרקים ספציפית עוסק במערכות התמרון OMS וRCS (וגם קצת על השרותים במעבורת ולמה עלה 15 מיליון דולר לפתח אותם)