Баллю́т ( от слов « воздушный шар» и «парашют» ) — это парашютоподобное тормозное устройство, оптимизированное для использования на больших высотах и сверхзвуковых скоростях.
Первоначальная конфигурация баллута была изобретена в 1958 году [1] компанией Goodyear . Инновация вскоре привлекла внимание других организаций, включая NASA ; агентство включило баллуты в систему аварийного покидания космического корабля Gemini . Впоследствии она широко использовалась в аэрокосмическом секторе в качестве средства замедления спуска различных полезных грузов, таких как секции ракет и атмосферные зонды. Различные предложения, связанные с баллутами, например, для спуска с орбиты/возвращения маломассивных спутников и межпланетных исследовательских программ, были опубликованы в последние десятилетия.
Баллю — это надувное устройство, используемое для создания сопротивления. [2] С точки зрения его базовой конфигурации, это конусообразный воздушный шар, имеющий тороидальное ограждение бурля (надувная конструкция, предназначенная для обеспечения разделения потока ), которое установлено вокруг его самой широкой точки. [3] Ограждение бурля действует для стабилизации баллюата, когда он замедляется через различные режимы потока, обычно снижаясь от более быстрых (даже сверхзвуковых) потоков до дозвуковых скоростей. [3] [4] Конструкция баллюата, особенно его каплевидная форма, делает его более подходящим для замедления на экстремальных скоростях, чем обычный парашют. [5]
Баллюты можно разделить на три основные конфигурации: коконные баллюты, которые заключают в себе полезную нагрузку, прикрепленные баллюты, которые крепятся непосредственно к основанию своей полезной нагрузки, и буксируемые баллюты, которые следуют за своей полезной нагрузкой. [2] Изотензоидный баллют был признан стандартной конфигурацией, хотя были испытаны и другие варианты. Было предложено, что баллюты могут быть организованы как в сложенном тороидальном, так и в растянутом конусном форм-факторах. [6] Некоторые конфигурации баллютов специализированы для определенных целей или отраслей, таких как аэрокосмический сектор. [7] [8]
Прикрепляя баллут к сбрасываемому с воздуха объекту, такому как бомба или аэрокосмический полезный груз, он должен (при условии, что он достаточного размера и правильно развернут) ограничить его скорость снижения, потенциально сводя к минимуму повреждение полезного груза при контакте с землей. [3] [9] Они могут создавать относительно большое сопротивление для своей массы, что делает их привлекательными в сценариях с ограничениями по весу, типичных для аэрокосмических приложений. [2]
Надувание баллута обычно достигается либо газогенератором, либо внешним воздухом, нагнетаемым в конструкцию с помощью расположения воздухозаборников. [3] Конструкция механизма надувания особенно важна для его успешного применения; если входы слишком малы или слишком мало, баллут не будет сохранять свою форму и схлопнется, в то время как чрезмерный поток на входе, вероятно, приведет к избыточному давлению и повышению риска разрыва. [ 5] Соответственно, баллут должен быть точно спроектирован в соответствии с условиями окружающей среды, которым он будет подвергаться; аналогично, развертывание должно осуществляться с такой же осторожностью, например, в отношении времени. Неправильное развертывание, скорее всего, приведет к отказу, так как чрезмерные силы замедления рискуют сломать точки крепления и разорвать ткань; запутывание является еще одним потенциальным риском. [5] [10]
Первоначально баллют был разработан в ответ на неустойчивость первых сверхзвуковых парашютов и оказался привлекательной альтернативой. [2]
Баллют использовался на свободнопадающих бомбах, сбрасываемых с самолета, помогая как замедлить, так и стабилизировать падение. [2]
Баллюм широко использовался в аэрокосмической промышленности. [3] Одним из первых применений в этом секторе было использование его в качестве элемента спасательного оборудования астронавта на борту космического корабля НАСА « Джемини» ; [11] он также использовался для замедления спуска Arcas , раннего американского ракетного зонда , к середине 1960-х годов. [12] В 1960-х годах агентство провело детальное исследование баллюма как аэродинамической системы замедления на других планетах, таких как Марс . [3]
В фильме 1984 года « 2010: Год, когда мы установили контакт» на космическом корабле «Леонов» используется баллут, защищающий его от воздействия тепла во время аэроторможения , что позволяет «Леонову» замедлиться, не расходуя топливо, и выйти на орбиту вокруг спутника Юпитера Ио . [13]
В 2000 году Лаборатория реактивного движения НАСА исследовала баллут, подчеркивая его потенциал для использования как в операциях захвата в воздухе, так и в операциях торможения в воздухе . [2] [14] Примерно в то же время Европейское космическое агентство также оценивало использование надувного экранирования как средства облегчения управляемого возвращения космических аппаратов в атмосферу. [15]
Различные предлагаемые межпланетные атмосферные зонды включают в себя баллуты; для предполагаемых миссий на Венеру они должны действовать не только для управления входом в атмосферу, но и для обеспечения плавучей поддержки полезной нагрузки датчика. [2] [16] Посадочные аппараты на Марсе также могут использовать баллуты во время прямого входа в атмосферу, в то время как баллуты в виде кокона могут также использоваться для орбитальных транспортных средств на орбите вокруг Земли . Особенно большие баллуты могут использоваться для целей планетарного аэрозахвата на различных планетарных телах вокруг Солнечной системы . [2] Кроме того, были предложены расширенные конструкции с использованием технологии надувных натяжных конусных баллутов для спуска с орбиты NanoSats и восстановления маломассивных (< 1,5 кг или 3,3 фунта) спутников с низкой околоземной орбиты . [6] [17]
В начале 2012 года Armadillo Aerospace использовала баллут во время испытаний своей ракеты STIG-A. [18] [19] В феврале 2015 года датская некоммерческая аэрокосмическая организация Copenhagen Suborbitals занималась испытаниями баллута для своих ракет Nexø. [20] В апреле 2018 года Илон Маск написал в Твиттере, что SpaceX вернет вторые ступени Falcon 9 с помощью «гигантского воздушного шара для вечеринок» [21] после того, как компания начала регулярно приземлять первые ступени ракеты . Однако план был отменен. В августе 2019 года Питер Бек , основатель и генеральный директор Rocket Lab , объявил, что они попытаются вернуть нижнюю ступень своей ракеты Electron, используя баллут для сверхзвукового торможения, что позволит захватывать ступень в воздухе вертолетом. [22]
У нас недостаточно топлива, чтобы замедлиться, поэтому мы собираемся использовать технику, называемую аэроторможением. Теория заключается в том, что мы войдем во внешний слой атмосферы Юпитера, используя то, что называется "баллютом" в качестве щита. Атмосфера замедлит нас, а гравитация Юпитера схватит нас и отбросит нас за темную сторону.