Ne zaman bir roket bir miktar yük ile (uydu gibi) fırlatılır, bir kaportaya ihtiyacı vardır. Kaplama, esasen roketin burun konisi, uzay aracını Dünya atmosferi boyunca hızlanırken aerodinamik yapan yükün üstündeki kaplamadır. Ancak roket bu havanın çoğunu geçtikten sonra kaportaya ihtiyaç duymaz – ekstra ağırlık haline gelir. Böylece kaplama fırlatılır ve Dünya’ya geri düşer.
Şimdi Elon Musk tarafından kurulan ve yeni şeyler denemeyi seven roket şirketi SpaceX’e girin. Bu kaplamaların ucuz olmadığı ortaya çıktı. Falcon Heavy roketi için yaklaşık 6 milyon dolara mal olabilecekleri görülüyor. Kaplamaları atmak yerine kurtarabilirseniz, bu büyük bir para tasarrufu olabilir. Ve elbette para tasarrufu, yörüngeye ulaşmanın daha ucuz olacağı anlamına geliyor (uzun vadede).
İşte SpaceX kaplamalarını nasıl kurtarmayı planlıyor. Fırlatıldıklarında (iki parça halinde gelirler), küçük iticiler onları bir iniş bölgesine yönlendirmeye yardımcı olur. Yeterince alçak bir irtifaya ulaştıklarında, grenajlar daha da yavaşlamak için büyük bir paraşüt kullanır. Ardından sihirli kısım geliyor. Paraşütle atlama, üzerinde dev bir ağ bulunan büyük (ve hızlı) bir tekne tarafından yakalanacak. Bir dördüncü sınıf öğrencisinin aklına gelen çılgın bir plan gibi görünüyor – ama bu gerçek. Oh, bu gerçek VE işe yaradı. En son Falcon Heavy fırlatılışında, adındaki hızlı bir gemi Bayan Ağaç (teknenin gerçek adı) SpaceX’in ilk kez başardığı kaportalardan birini yakaladı.
Bu çok çılgın bir olay, bir fizik problemi için harika bir ilham kaynağı. Böyle bir egzersiz, muhtemelen projede kaplamaları yakalamak için ilk adımdı. Bazı kaba tahmini değerleri kullanarak, kaportayı yakalamanın mümkün olup olmadığını görebiliriz. Zarf arkası hesaplamanın amacı budur – gerçek bir şey. denir üstünkörü çünkü soruna gerçek bir kağıt parçası almaya zahmet edecek kadar zaman bile ayırmıyorsunuz.
İlk olarak, bir kaplamanın roketten düşmesi ne kadar sürer? Kaplamanın 100 kilometre yükseklikten düştüğünü varsayalım (uzay kenarı için kabaca bir tahmin). Tabii ki, kaporta düştükçe hızı artacaktır, ancak daha yüksek yoğunluklu havaya girdiğinde (düşük irtifalarda) ayrıca hızla artan bir hava direnci kuvvetiyle karşılaşacaktır. Sonunda, kaporta aşağı doğru yerçekimi kuvvetinin ve yukarı doğru hava direncinin iptal edildiği sabit bir düşme hızına ulaşacaktı. Bu, terminal hız olarak bilinir. Hava sürükleme kuvveti, hızın karesine ve nesnenin şekline ve kütlesine bağlıysa, aşağıdaki gibi hesaplanabilir.
Bu ifadede aşağıdaki değişkenlere sahibiz:
m kaplamanın kütlesidir. Bu Wikipedia sayfasına göre, bir kaportanın kütlesi 850 kilogramdır.
g kilogram başına yaklaşık 9.8 Newton değerindeki yerçekimi alanıdır.
C sürükleme katsayısıdır. Bu değer, nesnenin şekline bağlıdır. Bunu yaklaşık 0,5 olarak tahmin edeceğim. İşte bir (sürükleme katsayılarının listesi).
A kesit alanıdır (hareket yönünde). Kaplama, yaklaşık 68 m’lik bir alan için yaklaşık 13,2 mx 5,2 m boyutlarında dikdörtgenimsi (yandan görüldüğü gibi) şeklindedir.2.
Son olarak, ρ vardır. Bu, 1,2 kg/m2 civarındaki havanın yoğunluğudur.3 (en azından Dünya’ya yakın).
Bu yazımız hakkında düşüncelerinizi yorumlar kısmında bekliyoruz! 🙂
