Επιστροφή στο σπίτι: επανένταξη

Κάθε αστροναύτης επιστρέφει σπίτι με τον ίδιο τρόπο: μετατρέποντας την ταχύτητα σε θερμότητα. Μια κάψουλα που φτάνει από τροχιά μεταφέρει αρκετή ενέργεια ανά κιλό για να λιώσει το ίδιο της το βάρος σε ατσάλι πολλές φορές. Η όλη τέχνη της επανείσοδος είναι να απαλλαγούμε από αυτή την ενέργεια αρκετά αργά για να επιβιώσουμε, και αρκετά γρήγορα ώστε να μην αναπηδήσουμε πίσω στο διάστημα.

Οι μηχανές ξεκινούν την πτώση. Ο αέρας κάνει το φρενάρισμα.

Κοίτα.

1. Η αποτροχιοποίηση καίει. Με το κεφάλι προς τα πίσω, η κάψουλα ανάβει τον κινητήρα της για λίγα λεπτά και επιβραδύνεται κατά περίπου 100 μέτρα/δευτερόλεπτο. Αυτό χαμηλώνει την απώτερη πλευρά της τροχιάς του στην ατμόσφαιρα.
2. Διεπαφή εισόδου, περίπου 120 χλμ. πάνω. Η κάψουλα συναντά τα πρώτα λεπτά ίχνη αέρα που κινούνται ακόμα με περίπου 7,8 χλμ/δευτερόλεπτο.
3. Η πυρκαγιά. Ο αέρας μπροστά από την ασπίδα θερμότητας συμπιέζεται τόσο σκληρά που γίνεται λαμπερό πλάσμα, χιλιάδες βαθμούς καυτό. Τα ραδιοσήματα δεν μπορούν να περάσουν για λίγα λεπτά. Η ασπίδα θερμότητας σιγά-σιγά αποσυντίθεται και ξεφλουδίζει, μεταφέροντας τη θερμότητα μαζί της.
4. Στο διάδρομο. Επιστρέφοντας από τη Σελήνη με ταχύτητα 11 χλμ/δευτ., η γωνία εισόδου πρέπει να είναι σωστή σε κλάσμα της μοίρας: πολύ απότομη και η επιβράδυνση θα συντρίψει το πλήρωμα, πολύ ρηχή και η κάψουλα θα ξεφύγει από τον αέρα σαν πέτρα από το νερό.
5. Αλεξίπτωτα. Κάτω από τα 10 χλμ. η κάψουλα πέφτει με μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα την ώρα. Τα αλεξίπτωτα ανοίγουν και προσγειώνεται με ταχύτητα λίγων μέτρων το δευτερόλεπτο.

Καταλάβετε

Από μια κυκλική τροχιά 400 χλμ (r = 6.778 χλμ) η ταχύτητα είναι 7,67 χλμ/δευτ. Μια έλλειψη της οποίας το χαμηλότερο σημείο είναι 50 km πάνω έχει a = 6,603 km, και στα 400 km η ταχύτητά της πρέπει να είναι 7.57 km/s. Η καύση εκτροχιάς είναι η διαφορά: περίπου 102 μ/δευτ., μόλις το 1,3% της τροχιακής ταχύτητας.

Η δύναμη έλξης είναι ½ ρ v² C_D A. Η πυκνότητα του αέρα ρ μειώνεται κατά το ήμισυ περίπου κάθε 5 χιλιόμετρα καθόδου (ύψος κλίμακας περίπου 7,2 χλμ), έτσι η επιβράδυνση αυξάνεται απότομα, κορυφώνεται και πέφτει καθώς η κάψουλα επιβραδύνεται. Στο παραπάνω μοντέλο:

Εισαγωγή	Ταχύτητα	Γωνία	Peak deceleration
Από χαμηλή τροχιά	7,85 χλμ/δευτερόλεπτο	1.5°	περίπου 8 γρ.
Από το φεγγάρι, πολύ απότομο	11 χλμ/δευτερόλεπτο	8°	περίπου 31 γρ.
Από το φεγγάρι, στο διάδρομο	11 χλμ/δευτερόλεπτο	5.6°	περίπου 7 γρ.
Από το φεγγάρι, πολύ ρηχό	11 χλμ/δευτερόλεπτο	4.8°	παραλείπει πίσω έξω

Οι πραγματικές κάψουλες πετούν με λίγο ανελκυστήρας (το κέντρο μάζας τους είναι εκτός κέντρου, έτσι πετούν με κλίση) και να κυλήσουν για να το κατευθύνουν, γεγονός που μειώνει την κορυφή σε περίπου 4 g για ένα Σογιούζ και διευρύνει τον διάδρομο του Απόλλωνα σε περίπου 2 μοίρες.

Κύριε.

Το μοντέλο ενσωματώνει τις επίπεδες εξισώσεις της κίνησης με τη βαρύτητα και την αντίσταση μόνο:

Δηλαδή, η ένταση του φωτός είναι: δv/dt = −μ r/|r|³ − (ρ(h) |v| / 2β) v, ρ(h) = ρ₀ e^(−h/H)

με β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (όπως σε κάψουλα) και H = 7,2 km. Για μια απότομη βαλλιστική είσοδο, οι Allen και Eggers (1958) έδειξαν ότι η μέγιστη επιβράδυνση είναι σχεδόν ανεξάρτητη από το β:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

Για την απότομη σεληνιακή περίπτωση (γ = 8°) δίνει περίπου 44 g, η πλήρης προσομοίωση δίνει 31 g, επειδή η βαρύτητα συνεχίζει να κάμπτεται η διαδρομή πιο ρηχή καθώς η κάψουλα κατεβαίνει. Σε κάθε περίπτωση, η γωνία εισόδου και όχι το μέγεθος του οχήματος καθορίζει το φορτίο g, γι’ αυτό κάθε διαστημόπλοιο που επιστρέφει πετά σε έναν ακριβή διάδρομο.