Kotiinpaluu: paluu

Jokainen astronautti palaa kotiin samalla tavalla: muuttamalla nopeuden lämmöksi. Kiertoradalta saapuva kapseli kuljettaa mukanaan niin paljon energiaa kilogrammaa kohden, että se sulaisi oman painonsa teräksenä monta kertaa. Koko paluun taito on päästä eroon tuosta energiasta niin hitaasti, että selviää ja niin nopeasti, ettei se pomppi takaisin avaruuteen.

Moottorit käynnistyvät. Ilma tekee jarrutuksesta.

Katso.

1. Deorbitaatio palaa. Kapseli osoittaa taaksepäin, sytyttää moottorinsa muutaman minuutin ajan ja hidastuu noin 100 m / s. Tämä laskee sen kiertoradan kaukaisen puolen ilmakehään.
2. Sisääntulorajapinta, noin 120 km ylöspäin. Kapseli kohtaa ensimmäiset ohuet ilmajäämät, jotka liikkuvat yhä nopeudella noin 7,8 km/s.
3. Tulipallo. Lämpösuojan edessä oleva ilma puristetaan niin kovaa, että siitä tulee hehkuvaa plasmaa, tuhansia astetta kuumaa. Radiosignaalit eivät pääse läpi muutamaan minuuttiin. Lämpösuoja hiilityy hitaasti ja hilseilee pois, kuljettaen lämpöä mukanaan.
4. Käytävä. Palatessaan Kuusta nopeudella 11 km/s, sisääntulokulman täytyy olla oikein murto-osan astetta: liian jyrkästi ja hidastuminen murskaisi miehistön, liian matalalla ja kapseli lentää pois ilmasta kuin kivi vedestä.
5. Laskuvarjot. Noin 10 km:n korkeudessa kapseli putoaa muutaman sadan kilometrin tuntinopeudella. Laskuvarjot avautuvat ja se laskeutuu muutaman metrin sekunnin välein.

Ymmärrän.

400 km:n korkeudella olevalta pyöreältä radalta (r = 6778 km) nopeus on 7,67 km/s. Ellipsi, jonka alin piste on 50 km ylöspäin, on a = 6603 km, ja 400 km:n korkeudessa sen nopeuden täytyy olla 7,57 km/s. Deorbit polttaa ero: noin 102 m/s, vain 1,3% kiertoradan nopeudesta.

Vastuksen voima on ½ ρ v² C_D A. Air density ρ roughly halves every 5 km of descent (scale height about 7.2 km), so the deceleration rises steeply, peaks, and falls as the capsule slows. Yllä olevassa mallissa:

Merkintä	Nopeus	Kulma	Huippuhidastuminen
Matalasta kiertoradasta	7.85 km/s	1.5°	noin 8 g
Kuuta, liian jyrkästi	11 km/s	8°	Noin 31 g
Kuusta, käytävällä	11 km/s	5.6°	noin 7 g
Kuuta, liian matala	11 km/s	4.8°	Skips takaisin ulos

Oikeat kapselit lentävät hieman nostolla (niiden massakeskittymä on poissa keskuksesta, joten ne lentävät kallistuneena) ja rullaavat ohjatakseen sitä, mikä laskee huippua noin 4 g:aan Sojuzille ja laajentaa Apollon käytävää noin 2 asteeseen.

Mestari.

Malli integroi liikkeen tasoiset yhtälöt vain painovoiman ja vastuksen kanssa:

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

jossa β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (kapselin kaltainen) ja H = 7,2 km. Järkälle ballistiselle sisääntulolle Allen ja Eggers (1958) osoittivat, että huippuhidastuminen on lähes riippumaton β:sta:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

Jyrkässä kuultavassa tapauksessa (γ = 8°) se on noin 44 g; täydellinen simulaatio antaa 31 g, koska painovoima taivuttaa polkua matalammaksi kapselin laskeutuessa. Joka tapauksessa, sisääntulokulma, ei aluksen koko, määrittää g-kuorman, minkä vuoksi jokainen paluu avaruusalus lentää tarkkaa käytävää.