العودة إلى الوطن: إعادة الدخول

كل رائد فضاء يعود إلى الوطن بنفس الطريقة: عن طريق تحويل السرعة إلى حرارة. وتحمل الكبسولة القادمة من المدار قدرا كافيا من الطاقة لكل كيلوغرام لجعل وزنها نفسه يذوب في الصلب مرات عديدة. فن العودة كله هو التخلص من تلك الطاقة ببطء كافٍ للبقاء، وبسرعة كافية لعدم الرجوع إلى الفضاء.

المحركات تبدأ بالسقوط الهواء يقوم بالكفاح

انظر

1. حرق الخروج من المدار. وتقوم الكبسولة، وهي موجهة إلى الخلف، بإشعال محركها لبضع دقائق ثم تتباطأ بحوالي 100 متر في الثانية. وهذا يخفض الجانب البعيد من مداره إلى الغلاف الجوي.
2. وصلة الدخول، حوالي 120 كيلومترا إلى الأعلى. تلتقي الكبسولة بأول آثار رقيقة من الهواء لا يزال يتحرك بسرعة 7.8 كم/ثانية تقريبا.
3. كرة النار الهواء أمام الدرع الحراري يتم ضغطه بقوة لدرجة أنه يصبح بلازما مضيئة، آلاف درجات حرارة. إشارات الراديو لا تستطيع المرور لمدة بضع دقائق ويتحول الدرع الحراري ببطء إلى فحم ويتفتت، محملاً الحرارة معه.
4. الممر فعند العودة من القمر بسرعة 11 كيلومترا في الثانية، يجب أن تكون زاوية الدخول صحيحة بنسبة جزء من الدرجة: فإذا كانت شديدة اﻻنحدار فإن التباطؤ سيحطم الطاقم، وإذا كانت ضحلة جدا فإن الكبسولة سوف تنزلق من الهواء مثل الصخرة من الماء.
5. مظلات. وتسقط الكبسولة بسرعة بضعة مئات من الكيلومترات في الساعة على ارتفاع يقل عن نحو 10 كيلومترات. تفتح المظلات، وتهبط بسرعة بضعة أمتار في الثانية.

فهمت

ومن مدار دائري على بعد 400 كم (r = 6,778 كم) تكون السرعة 7.67 كم/ثانية. وللإهليلجية التي تكون نقطة انخفاضها 50 كم فوق سطح الأرض a = 6,603 كم، ويجب أن تكون سرعتها عند 400 كم 7.57 كم/ث. حرق الخروج من المدار هو الفرق: حوالي 102 م/ث، فقط 1.3% من السرعة المدارية.

قوة السحب هي ½ ρ v² C_D A. وتنخفض كثافة الهواء إلى النصف تقريبا كل 5 كيلومترات من الهبوط (ارتفاع المقياس حوالي 7.2 كم)، وبالتالي فإن التباطؤ يرتفع بشكل حاد، ويبلغ ذروته، ويهبط مع تباطؤ الكبسولة. في النموذج المذكور أعلاه:

الدخول	السرعة	زاوية	ذروة التباطؤ
من مدار أرضي منخفض	7.85 كم/ثانية	1.5°	حوالي 8 غرام
من القمر، شديد الانحدار	11 كم/ثانية	8°	حوالي 31 غراماً
من القمر، في الممر	11 كم/ثانية	5.6°	حوالي 7 غرام
من القمر، ضحل جداً	11 كم/ثانية	4.8°	يعود إلى الخارج

الكبسولات الحقيقية تطير مع القليل من lift (مركز كتلة خارج المركز، وبالتالي فإنها تحلق مائل) وتدحرج لتوجيهها، مما يخفض القمة إلى حوالي 4 g لـ Soyuz ووسعت ممر أبولو إلى حوالي 2 درجات.

الماجستير

ويدمج النموذج معادلات الحركة المستوية مع الجاذبية والسحب فقط:

dv/dt = -μ r/|r|³ − (ρ(h) |v| / 2β) v,   ρ(h) = ρ₀ e^(-h/H)

with β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (capsule-like) and H = 7.2 km. وبالنسبة لدخول قذيفة شديدة الانحدار، أظهر آلن وإيغرز (1958) أن التباطؤ في الذروة يكاد يكون مستقلا عن β:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

وبالنسبة للحالة القمرية المنحدرة (غما = 8 درجات) فإنه يعطي حوالي 44 ج؛ والمحاكاة الكاملة تعطي 31 ج، لأن الجاذبية تستمر في حنق المسار بحيث يصبح أقل عمقا مع هبوط الكبسولة. في كلتا الحالتين، زاوية الدخول، وليس حجم المركبة، يحدد g-حمل، وهذا هو السبب في أن كل مركبة فضائية العودة تحلق ممر دقيق.