Přicházím domů: návrat

Každý astronaut se vrací domů stejným způsobem: přeměnou rychlosti na teplo. Kapsle přicházející z oběžné dráhy nese v každém kilogramu dostatek energie, aby roztavila svou vlastní váhu v oceli mnohokrát. Celé umění návratu do atmosféry spočívá v tom, že se zbavíme této energie dostatečně pomalu, abychom přežili, a dostatečně rychle, abychom se neodrazili zpět do vesmíru.

Motory nastartují pád. Vzduch brzdí.

Podívejte se.

1. Deorbitální hoření. Kapsle mířící dozadu na několik minut zapálí motor a zpomalí o asi 100 m/s. To snižuje vzdálenou stranu jeho oběžné dráhy do atmosféry.
2. Vstupní rozhraní, asi 120 km výše. Kapsle se setkává s prvními tenkými stopami vzduchu stále pohybujícího se rychlostí kolem 7,8 km/s.
3. Ohnivá koule. Vzduch před tepelným štítem je stlačen tak silně, že se stává zářící plazmou, horkou tisíce stupňů. Rádiové signály se nemohou dostat přes několik minut. Tepelný štít se pomalu zkalí a odlupuje, přičemž s sebou nese teplo.
4. Chodba. Při návratu z Měsíce rychlostí 11 km/s musí být úhel vstupu přesný na zlomek stupně: příliš strmý a zpomalení by posádku rozdrtilo, příliš mělký a kapsle by se vymrštila ze vzduchu jako kámen z vody.
5. Padáky. Pod cca 10 km padá kapsle rychlostí několik set km/h. Padák se otevře a přistane rychlostí několika metrů za sekundu.

Pochopte to.

Ze 400 km kruhové oběžné dráhy (r = 6778 km) je rychlost 7,67 km/s. Elipsa, jejíž nejnižší bod je 50 km nahoru má a = 6603 km, a ve výšce 400 km musí být její rychlost 7,57 km/s. Rozdíl je v deorbitálním spálení: asi 102 m/s, jen 1,3% z orbitální rychlosti.

Tažná síla je ½ ρ v² C_D A. Hustota vzduchu ρ se snižuje zhruba na polovinu každých 5 km sestupu (výška stupnice je asi 7,2 km), takže zpomalení prudce stoupá, vrcholí a klesá, jak kapsle zpomaluje. V modelu výše:

Entry	Rychlost	Úhel	Špičkové zpomalení
Z nízké oběžné dráhy	7,85 km/s	1.5°	asi 8 g
Z Měsíce, příliš strmé	11 km/s	8°	asi 31 g
Z Měsíce, na chodbě	11 km/s	5.6°	asi 7 g
Z Měsíce, příliš mělké	11 km/s	4.8°	Přeskočí zpět ven

Skutečné kapsle létají s malým vztlakem (jejich těžiště je mimo střed, takže létají nakloněné) a točí se, aby ji řídily, což snižuje vrchol na asi 4 g pro Sojuz a rozšířil chodbu Apolla o asi 2 stupně.

Mistr

Model integruje rovinné rovnice pohybu pouze s gravitací a odporem:

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

s β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (podobně jako u kapsle) a H = 7,2 km. Pro strmý balistický vstup Allen a Eggers (1958) ukázali, že vrcholné zpomalení je téměř nezávislé na β:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

Pro strmý lunární případ (γ = 8°) to dává asi 44 g; plná simulace dává 31 g, protože gravitace ohýbá cestu stále mělčím s tím, jak kapsle klesá. V každém případě je to úhel náběhu, nikoliv velikost kosmické lodi, který určuje zatížení G, což je důvod, proč každá vracející se kosmická loď letí přesným koridorem.