Haben Raumfahrzeuge ähnliche strukturelle Integritätsanforderungen wie U-Boote?

Lassen Sie uns "Raumschiff" und "Landekapsel" unterscheiden.

Es gibt verschiedene Phasen des Fluges mit verschiedenen Voraussetzungen und mehrere unterschiedliche (erheblich unterschiedliche) Konstruktionen von Raumfahrzeugen.

Zuerst nehmen wir die Kapsel. Er muss heftigem Wiedereintritt, ungleichem Luftdruck standhalten – die exponierte Seite heizt sich durch Luftreibung enorm auf, was mit ziemlich großem Druck verbunden ist. Es muss nicht schlank und aerodynamisch sein, ganz im Gegenteil, es ist eine große Bremsklappe mit einer an der Hinterseite angebrachten Passagierkabine. Der Druck ist weitgehend unidirektional und wird hauptsächlich überhitzt, so dass die Konstruktionsbelange von U-Booten mit ihrem omnidirektionalen Druck, der Fähigkeit, unerwarteten Druckwellen (Explosionen) standzuhalten, ihrer schlanken Form zur Minimierung des Widerstands und der allgegenwärtigen Wasserkühlung, die eine Überhitzung unproblematisch macht, sehr entfernt miteinander verbunden sind .

Als nächstes das Raumschiff. Um dorthin zu gelangen, muss es hell sein. Ein leichter Tritt hätte die Wände des Apollo-Mondmoduls durchbohren können, die ISS ist robuster, aber sie muss immer noch einem Druckunterschied von 1 bar nach außen standhalten (das entspricht nur 10 m Eintauchtiefe) und wieder - nach außen bedeutet das, dass kein Kreuz erforderlich ist -Balken, um ein Knicken zu verhindern; Es hat eine natürliche Tendenz, sich wie ein Ballon aufzublähen. Es ist nicht im Geringsten schlank oder aerodynamisch, der Luftwiderstand spielt keine Rolle. Seine Konstruktionsprobleme sind denen eines Flugzeugrumpfes viel näher als denen eines U-Bootes.

Und schließlich die Trägerrakete. Dieser muss schlank sein, aber auch hier muss er leicht sein. Es ist nicht widerstandsfähig gegen seitliche Kräfte (seine eigene vom Turm reflektierte Schallwelle könnte es beschädigen!) Und wiederum muss es keinen hohen äußeren Drücken standhalten. Der Shuttle-Hauptkraftstofftank hängt vom internen Kraftstoffdruck ab; In anderen Fällen besteht die Struktur größtenteils aus einer drucklosen Hülle, die das Entweichen des Luftdrucks beim Verlassen der Atmosphäre zulässt und strukturelle Integrität bietet, aber das Innere nicht isoliert - mit Ausnahme des relativ winzigen menschlichen Kompartiments.

U-Boote mit einem beträchtlichen Bruchteil eines Meters dicker Vollmetallhülle, die für Gefechtsbedingungen ausgelegt sind – Stealth, Manövrierfähigkeit, Haltbarkeit, Waffen, aquatische Umgebung – stehen vor ganz anderen Konstruktionsherausforderungen. Andererseits gibt es viel mehr Überschneidungen mit Flugzeugen.

Raumfahrzeuge sind für einen Innendruck von nicht mehr als einer Atmosphäre ausgelegt; U-Boote sind so konstruiert, dass sie Dutzenden von Atmosphären äußeren Drucks standhalten. Darüber hinaus haben Luft- und Raumfahrtsysteme sehr strenge Gewichtsbudgets - zusätzliches Gewicht bedeutet zusätzlichen Kraftstoff, um die Triebwerke zum Anheben anzutreiben, was selbst Gewicht hinzufügt ... zu viel und das System wird nicht in der Lage sein, sein Missionsziel zu erreichen oder vielleicht sogar abzuheben Boden. Tauchboote haben auch Gewichtsbudgets, aber sie sind nirgendwo so streng. Die strukturellen Elemente eines Raumfahrzeugrumpfes arbeiten überwiegend unter Spannung, bei einem signifikanten Bruchteil der Streckgrenzen des Materials, und die wahrscheinlichste Versagensart wäre ein Zugbruch. Die Bauteile eines U-Boot-Rumpfes arbeiten überwiegend unter Druck, und die wahrscheinlichste Ausfallart wäre Knicken.

Offensichtlich sind die Weltraum- und Unterwasserumgebungen völlig unterschiedlich und stellen Fahrzeugdesigner und Bauingenieure vor völlig andere Herausforderungen. Also, nein, die Anforderungen sind überhaupt nicht ähnlich.

Angesichts all dessen könnte man vernünftigerweise schlussfolgern, dass, wenn man (hypothetisch) eine Raumkapsel versiegeln und untertauchen würde, ihre Struktur in relativ geringer Tiefe einknicken (sie würde zerquetscht werden). Kapseln wie Mercury, Gemini und Apollo hatten ausreichend Auftrieb, um auf der Meeresoberfläche zu schwimmen. Solange die Luken und Lüftungsschlitze geschlossen blieben, um das Eindringen von Wasser zu verhindern, konnten sie unbegrenzt über Wasser bleiben. Sie konnten nur untergetaucht werden, wenn Wasser eindringen konnte (und verdrängte Luft entweichen konnte). In einem solchen Fall würde es keinen Druckunterschied auf den Rumpf geben, um ihn zu zerquetschen, egal wie tief er gesunken ist.

Was die Schwimmkragen betrifft, so wurden sie benötigt, um die Kapsel zu stabilisieren (sie aufrecht im Wasser zu halten) und den Auftrieb sicherzustellen, nachdem die Luke geöffnet wurde.

Soweit mir bekannt ist, wurde nur ein Landefahrzeug nicht geborgen, bevor es auf den Meeresgrund sank (Liberty Bell 7). Es wurde 1999 geborgen, nachdem es 38 Jahre auf dem Meeresgrund verbracht hatte. Die Liberty Bell 7 sank, nachdem die Luke vorzeitig weggeblasen und die Kapsel mit Wasser gefüllt war. Aufgrund der Tatsache, dass sich sowohl innen als auch außen an der Kapsel Wasser befand, wird der Bergungsbericht nicht viele Informationen über den Tiefseedruck auf die gesamte Kapsel geben. Es wird jedoch einen Einblick in die Wirkung von Meerwasser auf den Rumpf und die Wirkung von Meerwasser und Druck auf verschiedene Instrumente geben.

Eine Inspektion der Mercury-Kapsel, Liberty Bell 7, und ihres Inhalts wurde am 1. und 2. September 1999 durchgeführt. Der Zustand der Kapsel und ihres Inhalts entsprach der langfristigen Einwirkung von Salzwasser und hohen Drücken am Boden der Kapsel Ozean. Viele der metallischen Materialien litten unter Korrosion, während die Materialien auf Polymerbasis bemerkenswert gut überlebt zu haben scheinen. Es wurden keine identifizierbaren Gegenstände oder Strukturen gefunden, die einen wissenschaftlichen Wert zu haben schienen. Eine weitergehende zerstörungsfreie Bewertung erscheint derzeit nicht gerechtfertigt.

Zusammenfassung "Liberty Bell 7 Wiederherstellungsbewertung und zerstörungsfreie Prüfung" [1]

Das ist im Artikel besser ausgearbeitet:

Die äußere Struktur war in einem überraschend guten Zustand. (Siehe Abb. 3.) Das schwarze Objekt am Boden der Kapsel ist eine Schürze, die den Ballast unterstützt. Der Hitzeschild wäre unter der Schürze gewesen, aber der Hitzeschild fehlte und war nicht geborgen worden. Die unteren Strukturen umfassten die flexible Schürze und verschiedene Metallstreifen und Federn, eine Abdeckung, die aus einem Material auf Polymerbasis zu bestehen schien, und die Kapselbasis dahinter; alles schien in gutem Zustand zu sein. Die Außenverkleidung der kegelförmigen Seiten der Kapsel bestand aus kleinen Wellblechplatten mit einer Dicke von etwa 0,031 Zoll, die keine Anzeichen von Korrosion zeigten.

Und später

Der obere Teil der Kapsel, der aus dicken Aluminiumplatten bestand, erfuhr durch Korrosion einen erheblichen Materialverlust. Obwohl einige Bereiche eine volle Dicke von etwa 0,220 Zoll aufwiesen, waren die meisten Bereiche geringer, einschließlich mehrerer Bereiche, in denen das Material vollständig verloren ging. An diesen Aluminiumplatten hafteten große Knötchen von Korrosionsprodukten.

Wenn jedoch Meerwasser auf das Innere der Landekapsel trifft, zerstört es fast alles, entweder durch Druck oder Korrosion.

Als letzte Anmerkung: Der Bericht nennt die genaue Dicke verschiedener Teile des Rumpfes. Während der Hitzeschild das 0,031 Zoll (0,7874 mm) dicke Metallblech am Boden vor Hitze abschirmt, bezweifle ich, dass der Hitzeschild es vor dem Seedruck abschirmt. Irgendwann korrodiert auch das Hitzeschild komplett weg. Obwohl ich keine genauen Zahlen habe, bezweifle ich, dass die (dicken?) 0,220 Zoll (5,58 mm) Aluminiumbleche selbst vor dem geringsten Meeresdruck schützen werden, wenn der Rumpf vollständig wasserdicht wäre. Ich habe jedoch keine genauen Zahlen, um dies zu belegen.

Während die Landekapseln seitdem stark verbessert wurden, bezweifle ich, dass es viele Verbesserungen bei der "Überlebensfähigkeit einer Landekapsel auf dem Grund des Ozeans" gegeben hat.

[1] Liberty Bell 7 Recovery Evaluation and Nonstructive Testing , E. Madaras & W. Smith, Dezember 1999. Zugriff am 31. August 2013.