【Bret Copeland】如何使航天飛機從太空中著陸？How To Land The Space Shuttle...From Space

如何從太空降落航天飛機 因此，快速聲明一下，這場演講僅有20分鐘。 所以我只能給你一個直覺上的理解 關於登入是如何運作的。 如果你真的想駕駛真正的航天飛機飛行， 請務必閱讀使用手冊。 而且，你還需要一臺時光機 因為最後一艘航天飛機著陸已經超過五年了。 他們現在都住在博物館裡，已經完全無法飛行了。 然而，我與在座的每一位一樣， 一直處於否認的狀態中 過去五年來。 尤其是你，史蒂夫·費爾德曼。 在我的世界裡，穿梭機依然飛行。 我們在這場演講中就使用現在式。 好的，那我們開始吧。 我們的目標是降落在跑道上 佛羅里達州的肯尼迪航天中心。 但是，假設現在我們正飛越南美洲上空， 向錯誤的方向前進了超過17,000英里。 好吧，我們不能這麼簡單地掉頭回去。 在軌道上改變方向需要極其巨大的能量。 那我們接下來該怎麼做？ 基本上什麼都沒有。 原來地球是在自轉的。 這意味著肯尼迪航天中心 只要我們等著，它自然會找上門來。 所以，這次我們想到的時候 前往肯尼迪航天中心，我們就到此為止。 它一向都是這樣。 原來我們仍在旅途中 每小時超過17,000英里。 讓你對其速度有個概念。 我們將要降落的跑道長達15,000英尺。 大約三英里，或者說40到45個美式足球場的長度。 這取決於你如何定義一個足球場。 這是世界上跑道最長的機場之一。 但以我們目前的速度，我們將會前進 僅僅在六分之一秒內就完成了整個長度。 我們可以在短短12分鐘內從紐約飛抵倫敦。 所以，我們需要大幅放慢速度。 嗯，這艘穿梭機的引擎非常出色， 足夠的動力來減慢我們的速度。 那我們就再把他們啟動一次吧。 所以，這有點尷尬。 看，我們的油差不多用光了。 嗡，嗡。 在我們的辯護中，發射成本確實非常昂貴。 那兩個側面的助推器， 他們燃燒了110萬英鎊或50萬公斤 僅兩分鐘內的固體燃料 然後我們就把它們扔掉。 那個巨大的橙色外部燃料箱還能容納一百六十萬加侖 英鎊或725,000公斤的液態燃料 對於航天飛機的三具主引擎而言， 但八分鐘後，那些也用完了。 所以，我們必須放棄它。 再見。 我們剩下的只有這些軟弱無力的小型軌道武器 姿態控制引擎，總推力低於 主引擎推力的1%。 他們不可能讓我們的速度降低到每小時17,000英里。 但這裡有一個技巧。 我們實際上不必減慢那麼多。 如果我們僅減速每小時225英里， 這已經足夠讓我們開始進入大氣層了。 空氣阻力可完成其餘的工作。 因此，我們執行脫軌燃燒， 大約持續三分鐘 使用我們的 DataAccess 引擎。 之後，我們就只管順勢而行了 大約在抵達大氣層前半小時 但我們不能逆著大氣層進入。 首先，我們會看起來很可笑， 但可能更重要的是， 空氣-bed 阻力如此之大 我們將會徹底熔化。 因此，我們將攻角提升至最多40度。 那是你的速度所指向方向之間的夾角 與你鼻子所指的方向對比。 在這個角度下，我們那容易熔化的鋁製機身 可由超過20,000片二氧化矽瓷磚保護， 以及這些增強型碳-碳複合材料面板 鼻部以及機翼的前緣。 有趣的事實是，飛行器表面的狀況， 不會那麼熱的 這些恆溫毯子覆蓋著。 以及一種諾梅克斯纖維毛氈布料 這部分經過機翼和酬載艙門上方。 它真的和普通的飛機完全不同。 不過，不管怎樣，回到登入頁面。 因此，如果一切順利的話， 我們應該接觸大氣層的最初痕跡 在400,000英尺的高度，距離我們的著陸地點約5,000英里。 這一切都很好，但幾分鐘後， 開始出現一點小問題了。 我們有翅膀，而翅膀能產生升力。 當我們進入密度更高的空氣時， 它們產生了如此大的升力 我們真的開始回升了 並跳離大氣層。 這實在有點糟糕。 我們真的想繼續往下走。 那麼，我們 juste 可以停下來。 這將產生更大的阻力和更小的升力， 但我們有過熱和過度負荷的風險， 或者直接失去對飛行器的控制。 因此，我們無法改變我們的攻擊角度， 這意味著我們無法改變所產生的升力大小。 然而，我們可以改變它的指向。 它不必指向上方。 如果我們向右或向左滾動， 我們可以將升降機朝側面移動，而不是向上。 好吧，這將有效地讓我們加以控制 我們下降的速度有多快。 隨著傾斜角度加大， 我們將產生較少的向上升力， 所以我們將快速下降。 相反地，當坡度角較小時， 我們將產生更多的向上升力， 因此我們不會跌得那麼快。 但這引出了一個有趣的問題 我們想要以多快的速度下降？ 再入大氣層基本上是一個巨大的能量管理問題。 我們有著極高的速度，也還有很長的距離要走。 因此，目標是釋放那股速度 剛好以適當的速度，以便我們能行進正確的距離。 如果我們減速過快， 我們無法抵達著陸點。 如果我們無法迅速放慢速度， 我們將直接飛越肯尼迪航天中心 並在大西洋上墜毀。 這也一樣不好。 因此，為了控制下降， 我們發現，我們只需要調整飛行的坡度角即可。 但我們如何控制減速呢， 我們減速的速度有多快？ 好吧，記得之所以會這樣，完全是因为…… 我們一開始就放慢了速度 因為我們正迎向空氣。 因此，如果我們想更快地減速， 我們真正需要的是更多的空氣。 哪裡的空氣更多？ 嗯，是在大氣層較低的地方。 隨著深度增加，大氣變得越來越稠密。 從某種意義上來說，我們其實已經找到了答案 控制減速的正確工具。 因為如果我们增加重量， 這意味著我們將以更快的速度下降，這一點我們已經知道了。 因此，我們將更快進入稠密的空氣。 濃厚的空氣將有助於我們更快地減速。 相反地，如果我們減小銀行的深度， 那樣的話，我們就不會下降得那麼快了。 因此，我們將在稀薄的空氣中停留更長的時間， 這意味著我們不會減速得那麼快。 所以，只剩最後一個問題了。 我們正開始有點轉向了。 這個滾轉角的設定行不通 正如我們最初所希望的那樣。 因此，美國國家航空暨太空總署（NASA）便向其工程師們表示， 這是一個非常嚴重的問題。 我們不能只是隨便降落在巴拿馬。 工程師們說：「我們就轉向另一邊好了。」 這不是什麼火箭科學。 史蒂夫，你為什麼在浪費我們的時間？ 所以，誠然，這創造出了一種類似於這種 weevy S形再入軌道。 但它有效。 在我們繼續之前， 讓我們回顧一下剛才學到的內容。 因此，我們從脫軌燃燒開始。 這大概持續三分鐘。 之後，我們滑向大氣層。 在我們這麼做的同時， 我們將迎角增加到40度。 因此，我們的防熱盾能夠保護我們。 一旦我們進入大氣層， 我們透過滾轉角來控制一切。 如果我們看起來會衝出跑道， 然後我們增加重量，使我們能更快地減速。 而且如果看起來我們可能無法成功， 因此我們減小油門，就不會那麼快減速。 而且每次我們被拒絕時 距離我們的目標太遠了。 在這一系列中，我們只是轉過了頭去。 所謂的滾動反轉。 那正是美國國家航空暨太空總署所稱的。 這是再入大氣層的階段， 一張STS-135再入大氣層的照片 最後一艘航天飛機。 這些再入火焰有趣之處在於， 那從技術上來說不是火。 雖然它看起來有點像這樣。 本質上是一種極其高溫的氣體 熱到連電子都脫離了 從它們的原子和分子出發， 它們開始發出柔和的橙色光芒。 它是一種稱為電漿的物質狀態， 即使你從未聽說過它， 你一直都在看到它 以霓虹燈招牌的形式，閃電。 最重要的是，太陽是一個巨大的發光等離子體球。 現在，隨著我們減慢速度，我們獲得的這種電漿也越來越少。 而且我們的熱量更少， 因此，我們對融化的憂慮較少。 但我們越來越感到擔憂 僅僅是從天而降。 我們真的需要從太空船轉換到飛機。 以每小時8,000英里的速度，我們開始將機頭往下壓。 降低我們的攻角。 然後以每小時1,700英里的速度， 我們切換到完全不同的指導模式 稱為終端區域能量管理，簡稱 TAME。 現在我們像飛機一樣飛行著， 一架非常糟糕的飛機。 我們沒有引擎， 但我們的運作方式有點像一架飛機。 我們調整姿態以控制下降速率， 我們轉向銀行。 還有這個速度煞車裝置 可以開合，幫助我們控制空速。 從這一點來看，一直到現在 我們一直都在憑慣性運作， 由五台冗餘電腦所驅動的自動駕駛系統， 每個都配備了一兆位元的記憶體。 連一張手機照片都放不下 其中一個 但它駕駛穿梭機的表現相當出色。 但當我們接近跑道時， 指揮官接手手動飛行， 這種模式稱為 CSS（控制桿方向控制）。 不是層疊樣式表。 誠然，這艘航天飛機採用的是飛行電傳系統， 這實際上意味著電腦 一直不停地運行所有內容。 即使在 CSS 中，這也僅僅是電腦而已。 假裝讓人類飛翔， 就像正常的生活一樣。 附註：沒有任何穿梭機駕駛員願意被稱為副駕駛。 這簡直是侮辱人。 因此，在左座上， 我們有負責駕駛的指揮官， 而右邊的座位上， 我們有飛行員，但沒有在飛行。 我並不太相信美國國家航空暨太空總署（NASA） 不僅僅是為了混淆媒體的關注。 因為它非常有效。 但回到TAME。 所以TAME實際上會帶我們飛越跑道中心線。 然後在這個虛構的螺旋周圍 稱為標題對齊錐體。 如果一切順利的話， 我們應該與跑道對齊。 並在海拔10,000英尺處處於下滑道上。 當然，如果我們是一架普通的客機， 位於下滑道上意味著三度的下降路徑 以約每小時160英里的速度飛行 下降率約為每分鐘750英尺。 但那對我們來說行不通。 穿梭機有著短小的翅膀 還有一個又大又肥又圓的鼻子。 它親切地被稱為「飛行磚塊」。 美國國家航空暨太空總署（NASA）的太空人會在經過改裝的灣流II型噴射機中接受訓練， 哪一個，為了模擬非空氣動力學特性 航天飛機的起落架是放下的狀態，正在飛行中。 以及其引擎的倒車狀態。 因此，我們需要一個更適合磚塊的滑行坡度。 20度，飛行速度為每小時345英里 下降率超過每分鐘10,000英尺。 讓你了解一下速度有多快 下降率，即 每分鐘一萬英尺約等於每小時一百二十英里。 這是跳傘者自由落體時的終端速度。 現在，顯然我們不能那樣降落。 因此，在2,000英尺處，我們開始抬頭爬升 進行所謂的預進場操作，將機 nose 抬高。 這交易了我們所擁有的能量 以空速形式交換 為了減緩我們瘋狂下降的速率。 起落架在300英尺處放下。 我們一直等到最後一刻 由於齒輪產生了很大的阻力， 一旦在飛行中放下，就無法再升起。 我們在僅26英尺的高度穿越跑道， 空速瘋狂地喪失。 我們以每小時225英里的速度降落。 減速傘已展開。 前起落架緩慢放下。 一個小時零五分鐘 自我們執行了離軌燃燒以來。 在地球的另一端， 我們已從太空降落航天飛機。 顯而易見，你還會降落在哪裡呢？ 所以我希望最後留給你們的是這樣子的樣貌 從飛行員的角度來看 因為我是一名飛行員， 我想這是最酷的事情了。 當然，我向任何人展示過都沒有 也同意這是最酷的事了。 但我希望史蒂夫會。 這是STS-115任務的登陸之夜。 我們現在正飛行在航向對齊圓錐內。 我們正在查看飛行員的平視顯示器。 那就是所有經過的綠色數字。 左邊是空速。 我們的速度在每小時260到270海里之間。 右邊是海拔高度。 我們現在正經過二萬八千英尺的高度。 就在一瞬間，從頂端開始， 你將看到佛羅里達州東海岸進入視野。 這是位於肯尼迪航天中心以南的燈光。 在螢幕的正中央 有一個正方形，裡面有一個類似模糊的菱形。 進進出出。 那顆鑽石代表指引。 所以指揮官現在試圖做的是 本質上就是把那隻盒子飛過壘包。 這將使航天飛機保持在正確的下降軌道上 以及在標題對齊圓錐周圍。 此外，那個方框過一會兒會變成一個圓形。 這並沒有太大關係。 這很重要，但我沒想解釋。 在底部，那裡如今已不見了 由於控制權已開放，顯然如此， 有一樣東西寫著 CSS。 而且在上面，顯示著 HDG 代表航向。 那是標題對齊圓錐。 在右邊，有一條水平線 幾隻三角形正對著它。 頂部的三角形代表速度煞車 就在它現在所在的位置。 所以大約有70%是打開的。 下方的三角形代表 電腦想要它在的地方 這正是現在的情況。 你會發現，隨著我們不斷進行調整， 它將進行一項重大調整 在距離著陸前3,000英尺處。 跑道正進入視野。 從一萬英尺的高空俯瞰， 我就讓太空人自己說話吧 因為我覺得這要有趣得多。 你將聽到的主要聲音是飛行員的聲音。 向指揮官說明著降落過程。 修正。 尾翼後緣 在這裡，九千。 還是兩個加兩個，看起來不錯。 我同意。 8,000 甲板上有一點右側風。 7,000 你看起來很好。 好的，五千米，我的雷達沒問題，你的雷達也沒問題。 我同意。 我要徹底整理一番。 我大約在三千的時候和你在一起。 好的，預爆前2,000，裝置已啟動。 複製，預點燃。 菲爾，我看到你稍微慢了一點，不過看起來不錯。 1,000，最高速度 313。 700、600、500、400。 降檔。 變速齒輪來了。 齒輪在轉動，我告訴你球棒擊中球的瞬間。 如果你還沒調高，可以稍微把你的平視顯示器調高一點。 稍微高一點。 我同意。 一點點，100英尺，255，能量充沛。 修正得宜，共有50個。 我看到鼻子上来了。 30至30 好的，不高也不太低。 就是這樣，我們從20降到10。 你可以開始把它寫下來了。 就是這裡，七、六、五、四、三，接觸。 滑道來了。 正在旋轉。 而且我告訴你，你會在一點五時往下掉。 在1又1/2處，就在1又1/2處。 好的，觸碰。 所以記住，沒有引擎可供使用， 所以這是他們唯一一次著陸的機會。 我也想指出，這段影片一開始 大約3又1⁄2分鐘前，海拔37,000英尺處。 這是一架民航客機相當典型的巡航高度。 所以， juste 想想你航空公司的一位機長 各位女士，各位先生， 我們正開始初次下降 到費城或任何地方。 我們很快就會到達地面， 而「短暫」一詞，他指的是3又1/2分鐘。 但這就是航天飛機的飛行方式，僅此而已。 謝謝。