Hazaérve: visszatérés

Minden űrhajós ugyanúgy ér haza: a sebességből hőt csinál. Egy pályáról érkező kapszula kilogrammonként elegendő energiát hordoz, hogy a saját súlya többszörösét megolvaszthassa az acélban. A visszatérés művészete abban áll, hogy az energiát elég lassan eltávolítják ahhoz, hogy túlélje a repülést, és elég gyorsan ahhoz, hogy ne pattanjon vissza az űrbe.

A motorok elindítják az esőt. A fékezést a levegő végzi.

Nézd!

1. A deorbitálás kiéget. A kapszula hátrafelé mutatva néhány percig bekapcsolja a motorját, és körülbelül 100 m/s-kal lassul. Ez a pályája távoli oldalát leengedi a légkörbe.
2. Belépő interfész, kb. 120 km-re felfelé. A kapszula találkozik az első vékony levegőnyomokkal, melyek még mindig 7,8 km/s sebességgel mozognak.
3. A tűzgolyó. A hőpajzs előtti levegőt olyan erősen összenyomják, hogy izzó plazmává válik, több ezer fokkal forróbbá. A rádiójeleket néhány percig nem lehet átvinni. A hőpajzs lassan szénné alakul és lehámlik, magával viszi a hőt.
4. A folyosón. A Holdról 11 km/s sebességgel visszatérve a belépő szögnek pontosan egy fok töredékére kell lennie: túl meredek és a lassítás összezúzná a legénységet, túl sekély és a kapszula úgy csúszna ki a levegőből, mint egy kő a vízből.
5. Ejtőernyők. Körülbelül 10 km alatt a kapszula néhány száz km/h sebességgel zuhan. Az ejtőernyő kinyílik, és néhány méter/másodperces sebességgel száll le.

Értsd meg.

Egy 400 km-es körpályáról (r = 6778 km) a sebesség 7,67 km/s. Egy ellipszis, melynek alacsony pontja 50 km magasan van, a = 6603 km, és 400 km-en a sebessége 7,57 km/s kell legyen. A deorbitálási égés a különbség: kb. 102 m/s, csak 1,3% -a a pályasebesség.

A vízszintes irányú erő ½ ρ v² C_D A. A levegő sűrűsége ρ nagyjából felére csökken a lejtőn minden 5 km-enként (a skála magassága kb. 7,2 km), így a lassítás meredeken emelkedik, csúcsértéket ér el és csökken, ahogy a kapszula lelassul. A fenti modellben:

Belépés	Sebesség	Szög	Csúcs lassítás
Alacsony pályáról	7,85 km/s	1.5°	kb. 8 g
A Holdtól, túl meredek	11 km/s	8°	kb. 31 g
A Holdról, a folyosón	11 km/s	5.6°	kb. 7 g
A Holdról, túl sekély	11 km/s	4.8°	Ugrás vissza ki

A valódi kapszulák kis lifttel repülnek (tömegközéppontuk el van távolítva a középponttól, így megdöntött helyzetben repülnek) és görgetve irányítják azt, ami a Szojuz esetében kb. 4 g-ra csökkenti a csúcsértéket, az Apollo folyosóját pedig kb. 2 fokra szélesíti ki.

Mester!

A modell integrálja a síkbeli mozgásegyenleteket, csak a gravitációval és a húzással:

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

β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (kapszulaszerű) és H = 7,2 km. Meredek ballisztikus bejárat esetén Allen és Eggers (1958) megmutatta, hogy a csúcs lassítás majdnem független β-tól:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

A meredek holdi esetben (γ = 8°) ez körülbelül 44 g-ot ad; a teljes szimuláció 31 g-ot ad, mert a gravitáció egyre sekélyebb pályát hajlít, ahogy a kapszula süllyed. A belépő szög, nem a jármű mérete határozza meg a g-terhelést, ezért minden visszatérő űrszonda egy pontos folyosón repül.