Прибиране вкъщи: връщане

Всеки астронавт се прибира по един и същи начин: като превръща скоростта в топлина. Капсула, пристигаща от орбита носи достатъчно енергия на килограм, за да стопи собственото си тегло в стомана многократно. Цялото изкуство на връщането е да се отървем от тази енергия достатъчно бавно, за да оцелеем и достатъчно бързо, за да не се върнем обратно в космоса.

Двигателите започват да падат. Въздухът спира.

Вижте.

1. Деорбиталното изгаряне. Посочвайки назад, капсулата запалва двигателя си за няколко минути и забавя с около 100 м/с. Това понижава далечната страна на орбитата му в атмосферата.
2. Входен интерфейс, около 120 км нагоре. Капсулата среща първите тънки следи от въздух, все още движещи се с около 7.8 км/с.
3. Огнената топка. Въздухът пред топлинния щит е изцеден толкова силно, че се превръща в сияйна плазма, нагрята до хиляди градуса. Радио сигналите не могат да преминат за няколко минути. Топлинният щит бавно се изгаря и се люспи, като носи топлината със себе си.
4. В коридора. При връщане от Луната със скорост 11 км/с, ъгълът на влизане трябва да бъде точно до частица от градуса: прекалено стръмен и забавянето ще смачка екипажа, прекалено плитък и капсулата ще се изплъзне от въздуха като камък от вода.
5. Парашути. Под около 10 км капсулата пада с няколкостотин км/ч. Парашутите се отварят и той каца с няколко метра в секунда.

Разбирам.

От кръгова орбита с дължина 400 км (р = 6778 км) скоростта е 7,67 км/с. Елипсата, чиято най-ниска точка е на 50 км надморска височина има а = 6603 км, а на 400 км скоростта й трябва да бъде 7.57 км/с. Изгарянето на деорбитата е разликата: около 102 м/с, само 1.3% от орбиталната скорост.

Сила на съпротивление е ½ ρ v² C_D A. Плътността на въздуха ρ се намалява приблизително наполовина на всеки 5 км спускане (височина по скалата около 7,2 км), така че забавянето се увеличава рязко, достига върха си и след това спада, докато капсулата се забавя. В модела по-горе:

Влизане	Скорост	Ъгъл	Максимално забавяне
От ниска орбита	7,85 км/ч	1.5°	около 8 г
От Луната, твърде стръмно	11 км/ч	8°	около 31 г
От Луната, в коридора	11 км/ч	5.6°	около 7 г
От Луната, твърде плитко	11 км/ч	4.8°	прескачане обратно навън

Истинските капсули летят с малко асансьор (Центърът на масата им е извън центъра, така че летят наклонени) и се търкалят, за да го управляват, което понижава върха до около 4 за Союз и разширява коридора на Аполо до около 2 градуса.

Господарю.

Моделът интегрира планарните уравнения на движението само с гравитация и съпротивление:

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

при β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (подобно на капсула) и H = 7,2 km. За стръмно балистично влизане, Алън и Егърс (1958) показват, че пиковото забавяне е почти независимо от β:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

За стръмния лунен случай (γ = 8°) тя е около 44 g; пълната симулация дава 31 g, защото гравитацията продължава да изкривява пътя по-плитко, докато капсулата се спуска. Така или иначе, ъгълът на навлизане, а не размера на космическия кораб определя г-натоварването, поради което всеки завръщащ се космически кораб прелита по точен коридор.