Avião Espacial: O retorno da espaçonave reutilizável
De Fouad Sabry
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Sobre este e-book
O que é um avião espacial
Um veículo capaz de voar e planar como um avião na atmosfera da Terra e manobrar como uma espaçonave no espaço é chamado de um avião espacial. Para fazer isso, os aviões espaciais precisam incluir aspectos da aviação e da espaçonave em seu projeto. Os aviões espaciais suborbitais muitas vezes se assemelham a aeronaves de asa fixa mais do que os aviões espaciais orbitais, enquanto os aviões espaciais orbitais tendem a ser mais análogos às naves espaciais convencionais. Foguetes foram usados para alimentar todos os aviões espaciais que já voaram, mas planadores foram usados para pousá-los.
Como você se beneficiará
(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:
Capítulo 1: Avião espacial
Capítulo 2: Voo espacial humano
Capítulo 3: Programa Buran
Capítulo 4: Nave espacial
Capítulo 5: Voo espacial
Capítulo 6: Levantando o corpo
Capítulo 7: Programas de voos espaciais tripulados
Capítulo 8 : Sistema de lançamento reutilizável
Capítulo 9: Boeing X-20 Dyna-Soar
Capítulo 10: Lockheed Martin X-33
Capítulo 11: Boeing X-37
Capítulo 12: Caçador de Sonhos
Capítulo 13: Veículo de lançamento
Capítulo 14: Lista de naves tripuladas
Capítulo 15: Intermediário eXperimental Veículo
Capítulo 16: Buran (nave espacial)
Capítulo 17: USA-212
Capítulo 18: Decolagem e pouso
Capítulo 19 : XS-1 (nave espacial)
Capítulo 20: Space Rider
Capítulo 21: SNC Demo-1
(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre t avião espacial.
(III) Exemplos do mundo real para o uso de avião espacial em muitos campos.
(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada indústria para ter Compreensão completa de 360 graus das tecnologias dos aviões espaciais.
Para quem é este livro
Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, hobistas e aqueles que quer ir além do conhecimento ou informação básica para qualquer tipo de avião espacial.
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Avião Espacial - Fouad Sabry
Direitos autorais
Spaceplane Copyright © 2022 by Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.
Capa desenhada por Fouad Sabry.
Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.
Bónus
Pode enviar um e-mail para 1BKOfficial.Org+Spaceplane@gmail.com com a linha de assunto Spaceplane: The return of the reusable spacecraft
, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.
Fouad Sabry
Visite o site 1BK em
www.1BKOfficial.org
Prefácio
Por que escrevi este livro?
A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.
É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.
O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.
Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.
Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia
, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.
Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.
Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.
A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.
Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes
que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.
A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes
será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve
, no final do livro.
365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.
Introdução
Como escrevi este livro?
Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes
, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.
Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.
Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel
. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.
Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Spaceplane
, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Spaceplane
.
É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.
As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Spaceplane
, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.
A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno de Spaceplane
, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.
Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre o Spaceplane
. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.
É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.
Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:
Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.
Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.
Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.
O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:
(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.
(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.
(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.
É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.
Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.
Agradecimentos
Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.
Dedicatória
Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.
Epígrafe
Um veículo capaz de voar e deslizar como um avião enquanto está na atmosfera da Terra e manobrar como uma nave espacial enquanto no espaço é referido como um avião espacial. Para isso, os aviões espaciais precisam de incluir aspetos da aviação e das naves espaciais no seu design. Os aviões espaciais sub-orbitais assemelham-se frequentemente a aeronaves de asa fixa mais do que os aviões espaciais orbitais, enquanto os aviões espaciais orbitais tendem a ser mais análogos às naves convencionais. Os foguetes têm sido usados para alimentar todos os aviões espaciais que já voaram, mas planadores foram usados para aterrar.
Tabela de Conteúdos
Direitos autorais
Bónus
Prefácio
Introdução
Agradecimentos
Dedicatória
Epígrafe
Tabela de Conteúdos
Capítulo 1: Avião espacial
Capítulo 2: Voo espacial humano
Capítulo 3: Programa Burano
Capítulo 4: Nave espacial
Capítulo 5: Voo espacial
Capítulo 6: Corpo de elevação
Capítulo 7: Programas de voo espacial humano
Capítulo 8: Sistema de lançamento reutilizável
Capítulo 9: Boeing X-20 Dyna-Soar
Capítulo 10: Lockheed Martin X-33
Capítulo 11: Boeing X-37
Capítulo 12: Dream Chaser
Capítulo 13: Veículo de lançamento
Capítulo 14: Lista de naves tripuladas
Capítulo 15: Veículo intermédio eXperimental
Capítulo 16: Buran (nave espacial)
Capítulo 17: EUA-212
Capítulo 18: Descolagem e aterragem
Capítulo 19: XS-1 (nave espacial)
Capítulo 20: Space Rider
Capítulo 21: SNC Demo-1
Epílogo
Sobre o Autor
Brevemente
Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria
Capítulo 1: Avião espacial
Um veículo capaz de voar e deslizar como um avião enquanto está na atmosfera da Terra e manobrar como uma nave espacial enquanto no espaço é referido como um avião espacial. Para isso, os aviões espaciais precisam de incluir aspetos da aviação e das naves espaciais no seu design. Os aviões espaciais sub-orbitais assemelham-se frequentemente a aeronaves de asa fixa mais do que os aviões espaciais orbitais, enquanto os aviões espaciais orbitais tendem a ser mais análogos às naves convencionais. Até hoje, todas as naves foram impulsionadas para órbita por foguetes, mas deslizaram de volta à Terra sob o seu próprio poder.
O Vaivém Espacial, o Buran e o X-37 são os três tipos de aviões espaciais que foram capazes de lançar em órbita, reentrar na atmosfera da Terra e aterrar com sucesso. Outro, intitulado Dream Chaser, está agora em andamento. A partir do ano de 2019, todos os veículos orbitais que já existiram, estão a ser, ou alguma vez serão lançados, fizeram-no verticalmente no seu próprio foguetão dedicado. A viagem espacial em órbita ocorre a altas velocidades, com a energia cinética orbital geralmente sendo pelo menos 50 vezes maior do que a dos caminhos suborbitais. Devido ao facto de esta energia cinética se perder sob a forma de calor após a reentrada, é necessário um escudo térmico substancial. Houve muitas mais propostas para aviões espaciais, mas nenhuma delas ainda alcançou o estatuto de voo.
Pelo menos dois aviões suborbitais movidos a foguetes foram lançados horizontalmente para um voo espacial sub-orbital a partir de um avião porta-aviões antes de se lançarem para além da linha Kármán: o X-15 e o SpaceShipOne.
Além de poderem funcionar no espaço, tal como outros tipos de naves espaciais, os aviões espaciais também devem poder voar na atmosfera, tal como os aviões normais. A complexidade, o perigo, a massa seca e a despesa com os desenhos de aviões espaciais são todos aumentados em resultado destes constrangimentos. As seguintes partes concentrar-se-ão principalmente no Vaivém Espacial dos Estados Unidos, uma vez que é o maior, mais letal, mais complicado, mais dispendioso, mais voado, e apenas avião espacial orbital tripulado. No entanto, vários projetos foram testados com sucesso no espaço.
Cargas aerodinâmicas significativas, vibrações e acelerações são produzidas como consequência da trajetória de voo necessária para alcançar a órbita. A estrutura do veículo deve ser capaz de suportar todas estas forças para ser bem sucedida.
No caso de o veículo de lançamento ter uma falha de proporções catastróficas, um mecanismo de fuga de lançamento irá guiar uma nave cápsula convencional para uma aterragem segura. Devido ao enorme tamanho e peso do Vaivém Espacial, esta estratégia nunca ia funcionar. Como consequência, foram desenvolvidas várias rotas de fuga de emergência, quaisquer das quais podem ter-se revelado fatais. Em todo o caso, o acidente do Challenger provou que o Vaivém Espacial não era capaz de sobreviver à fase de subida da sua missão.
Uma vez em órbita, um avião espacial tem de ser guiado, mantido em equilíbrio térmico, orientado e comunicado com. Fá-lo utilizando painéis solares, baterias ou pilhas de combustível para gerar eletricidade, que é então usada para alimentar sistemas a bordo. As condições térmicas e radioativas que estão presentes em órbita impõem stressantes extra. Além disso, a nave realizará a missão para a qual foi lançada, que poderá incluir a colocação de satélites ou a realização de investigações científicas.
Para realizar manobras orbitais, o Vaivém Espacial contava com motores especializados. Estes motores usavam propulsores hipergólicos perigosos, que precisavam de medidas de segurança adicionais para serem tomadas durante o manuseamento dos mesmos. Em vasos de pressão compostos, vários gases, como o hélio para pressurização e azoto para suporte de vida, foram mantidos sob alta pressão para armazenamento.
Ao reentrar na atmosfera da Terra, as naves espaciais que têm orbitado o planeta devem perder uma grande quantidade de velocidade, como consequência direta, temperaturas muito altas.
Por exemplo, o sistema de proteção térmica do Vaivém Espacial (TPS) protege a estrutura interior do orbitador a partir de temperaturas superficiais que atingem até 1.650 °C (3.000 °F), substancialmente acima da temperatura a que o aço derrete.
Os aviões espaciais suborbitais navegam em caminhos de baixa energia, o que alivia parte da estirpe que de outra forma seria colocada no sistema de proteção térmica da nave espacial.
O mau funcionamento do TPS foi a causa direta da destruição do Vaivém Espacial Columbia.
É necessário operar as superfícies de controlo aerodinâmico. A inclusão do equipamento de aterragem é obrigatória apesar do aumento a granel.
Seria necessário que um avião orbital que respirasse ar para navegar naquilo que é conhecido como uma trajetória deprimida
, que manteria o veículo no regime de voo hipersónico de alta altitude da atmosfera por um período considerável de tempo. Este ambiente causa alta pressão dinâmica, alta temperatura e altas cargas de fluxo de calor, especialmente nas superfícies de vanguarda do avião espacial. Por isso, as superfícies externas do avião espacial precisam de ser fabricadas a partir de materiais de ponta e/ou utilizar arrefecimento ativo.
A National Aeronautics and Space Administration (NASA) dos Estados Unidos operou um sistema espacial em órbita baixa da Terra chamado Space Shuttle de 1981 a 2011 como parte do programa Space Shuttle. O Vaivém Espacial está agora desativado e apenas parcialmente recuperável. O acrónimo STS significava Space Transportation System
e foi retirado de uma proposta feita em 1969 para uma frota de naves espaciais reutilizáveis. O STS foi o único componente do projeto para obter financiamento para o seu desenvolvimento.
O Orbiter Vehicle (OV) do Space Shuttle é composto por três motores principais Rocketdyne RS-25 agrupados, um par de foguetes sólidos recuperáveis (SRBs) e um tanque externo dispensável (ET) que contém hidrogénio líquido e oxigénio líquido. Outros componentes do Vaivém Espacial incluem estes. O Space Shuttle foi lançado verticalmente, como um foguete típico, com os dois SRBs a trabalhar em conjunto com os três motores principais do orbitador, que foram alimentados pelo ET. O ET foi usado como fonte de combustível para todos os motores. Os SRBs foram libertados antes do veículo chegar à órbita, mas os motores principais continuaram a operar durante todo o processo. O ET foi libertado depois de os motores principais terem sido desligados e pouco antes da inserção da órbita, o que foi conseguido com a ajuda dos dois motores orbitais do Sistema de Manobra Orbital (OMS). Após a conclusão da missão, o OMS foi ativado no orbital para que pudesse deorbitar e regressar à atmosfera terrestre. Os azulejos do sistema de proteção térmica mantiveram o orbital seguro durante a reentrada, e deslizou como um avião espacial para uma aterragem na pista, que estava na instalação de aterragem shuttle na KSC na Flórida ou no Rogers Dry Lake na Base Aérea edwards na Califórnia. No caso de o orbital aterrar em Edwards, foi transportado de volta para o Centro Espacial Kennedy no topo do Shuttle Carrier Aircraft (SCA), um Boeing 747 especialmente adaptado.
O primeiro orbital, a Enterprise, foi construído em 1976 e usado em Testes de Aproximação e Aterragem (ALT), mas não foi capaz de entrar em órbita por si só. No início, a construção incluía um total de quatro orbitadores totalmente funcionais: Columbia, Challenger, Discovery e Atlantis. Tanto o Challenger em 1986 como a Colômbia em 2003 pereceram em trágicos incidentes durante as suas respetivas missões, tirando a vida de um total de 14 astronautas. Endeavour, o quinto orbital operacional (e o sexto em geral), foi construído em 1991 para tomar o lugar de Challenger. Depois de Atlantis ter concluído o seu último voo em 21 de julho de 2011, os três veículos em funcionamento que ainda existiam foram retirados de serviço e desativados. Desde a última missão do Vaivém Espacial, em julho de 2011, até ao lançamento da missão Crew Dragon Demo-2 em maio de 2020, os Estados Unidos dependeram da nave russa Soyuz para entregar humanos à Estação Espacial Internacional (ISS).
O programa Buran (russo: Буран, IPA: [bʊˈran], Tempestade de Neve
, Blizzard
), também conhecido como o programa VKK Space Orbiter
(russo: ВККК «Вознуно-Космиеский Кораблии», lit. «Air and Space Ship»), para além de ser o nome dado a todo o esforço soviético e russo para desenvolver uma nave espacial reutilizável, o Orbiter K1 também era conhecido pelo nome Buran a certa altura, Completou com sucesso uma missão no espaço sem ninguém a bordo em 1988 e foi a primeira nave reutilizável soviética a ser enviada para o espaço.
Como meio de propulsão, o foguetão Energia expendável foi usado para os lançamentos de orbitadores da classe Buran.
Em linguagem comum, eles são considerados como a versão da União Soviética do Vaivém Espacial operado pelos Estados Unidos, no entanto, no que diz respeito ao projeto Buran, apenas o orbitador em forma de avião teve qualquer hipótese de ser reutilizado, em contraste com a capacidade do sistema Shuttle de reciclar foguetes sólidos.
A União Soviética iniciou o programa Buran como uma reação direta ao programa Space Shuttle que era dirigido pelos Estados Unidos. Após o seu lançamento, o programa Buran foi recuperado com sucesso. Embora a nave espacial burana se assemelhasse ao orbital space shuttle em aparência e partilhasse a capacidade do Vaivém Espacial para operar como um avião espacial de reentrada, a arquitetura interna e funcional da classe Buran era significativamente diferente. Por exemplo, a nave não pôs os seus motores primários em órbita com ele, uma vez que já estavam instalados a bordo do foguetão Energia antes do lançamento. Semelhantes às cápsulas OMS no Vaivém Espacial, motores de foguetes mais pequenos montados no corpo do veículo forneceram energia durante manobras orbitais e queimaduras desestorais.
Um exemplo de uma nave robótica reutilizável é o Boeing X-37, que é frequentemente referido como o Veículo de Teste Orbital (OTV). Depois de ser impulsionado para o espaço por um veículo de lançamento, desce através da atmosfera da Terra para aterrar como um avião espacial na superfície do planeta. Em missões espaciais orbitais projetadas para mostrar tecnologias espaciais reutilizáveis, o X-37 está a ser pilotado pela Força Espacial dos Estados Unidos. Antes disso, foi pilotado pelo Comando Espacial da Força Aérea até 2019; estes voos foram concebidos para demonstrar tecnologia espacial reutilizável. É uma versão mais antiga do Boeing X-40 que foi reduzida em 120%. 1999 marcou o início