Може ли хартиено самолетче, хвърлено от Международната космическа станция, да оцелее по време на полета?
Понякога пораждат фундаментални въпроси, на които човек желае да откри отговор, като да вземем за пример: „ Какъв е смисълът на съществуването? “, „ Сами ли сме във Вселената? “ или „ Какво ще се случи, в случай че хвърлиш книжен аероплан от Международната галактическа станция? “
За благополучие, на третия от тях най-сетне беше открит отговор, тъй като в последна сметка, някой все щеше да го направи.
В нова публикация на Максимилиан Берте и Коджиро Сузуки от Токийския университет се преглежда „ динамичността на галактически аероплан оригами по време на връщане в земната атмосфера “ (the dynamics of an origami space plane during Earth atmospheric reentry) – с други думи, какво ще се случи, когато хвърлите книжен аероплан от Международната галактическа станция.
Първо, дано разгледаме някои механически концепции, които са нужни за разбирането на тази на пръв взор простичка задача.
На японски език „ оригами “ безусловно значи сгъната хартия, като в тази ситуация създателите са решили да създадат своя книжен аероплан от общоприет бял лист А4. Крайният резултат наподобява на нещо, което би измислил някой третокласник, с цел да подразни приятеля си, седящ пред него в класа, само че с доста по-аеродинамично оформление.
След като софтуерният модел беше изработен, настъпи моментът за неговото експериментиране. МКС обикаля на височина към 400 километра, тъй че създателите вземат решение да пуснат самолета от тази височина и със скорост, сходна на тази на самата МКС – 7800 метра в секунда.
Тази скорост наподобява, че би разрушила всеки аероплан, изработен от хартия, само че на височина 400 км атмосферата не е задоволително плътна, с цел да нанесе огромни щети… към този момент.
Всъщност това е годно за по-голямата част от спускането назад към земята. От 400 км надолу до към 120 км височина самолетът остава относително постоянен, като се има поради неналичието на въздух.
Въпреки това самолетът ще се снижава доста бързо заради ниския си балистичен коефициент, който е мярка за това какъв брой добре може да преодолее съпротивлението на въздуха. С ниския си балистичен коефициент самолетът бързо ще се забавя, като се спуска до 120 км за към 3,5 дни.
От друга страна, ниският балистичен коефициент значи, че откакто самолетът навлезе в атмосферата, той в действителност ще има по- дребна терминална скорост от да вземем за пример една оръдейна топка.
За страдание той не стига толкоз надалеч, защото съгласно симулациите на височина към 120 км нарасналата компактност на въздуха провокира неконтролируемо рухване, което всъщност изпраща самолета в неконтролируема траектория на полета, позната на всеки, който в миналото е правил сходен аероплан.
Но за какво да се ограничаваме единствено със симулации, откакто имаме докторска степен по аерокосмическо инженерство и можем да създадем книжен аероплан за потребностите на науката? И за какво просто да го конструирате, когато можете да го тествате в свръхмодерен аеродинамичен тунел в кампуса на вашия университет?
Отговорът е, че няма причина за сходно ограничаване – ето за какво създателите са основали действителен модел на книжен аероплан (разбира се, с алуминиева опашка) и са го сложили в хиперзвуковия и високоинтензивен въздушен тунел „ Кашива “ в Токийския университет, с цел да видят на какви аеродинамични сили може да издържи техният книжен аероплан.
Техният книжен модел на аероплан е подложен на вятър от 7 Мах в продължение на 7 секунди, сходно на силите, които се изпитват при действително нахлуване в атмосферата. Това, без да е ненадейно, огъна носа на хартиения аероплан обратно, само че за негова чест той не се разпада – най-малко не и за това малко време.
Освен това по носа и върховете на крилата се виждат следи от овъгляване, което демонстрира, че в случай че опитът беше траял по-дълго, хартиеният аероплан щеше да изгори.
В последна сметка доказването на това, което би се случило, беше една от задачите на този опит. Съществуват доста задачи, които евентуално биха могли да употребяват нещо сходно на този модел на хартиено самолетче – преди всичко идва опитът LEAVES за проучване на Венера, само че също по този начин има и доста наблюдения на Земята, които биха имали изгода от лека, постоянна платформа, от която да се събират данни, до момента в който изгорят изцяло в атмосферата в края на живота си.
Организирането на сходна задача би изисквало електроника и голям брой други спомагателни устройства, които биха усложнили чистотата на тестването на един елементарен книжен аероплан, който едно дете би могло да направи в клас.
Понякога обаче науката е колкото ентусиазъм, толкоз и проучване, а резултатите в този труд са чудесна композиция от двете.
