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帰還:再突入
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ナビゲーター · モジュール 15

帰還:再突入

A small push slows a spacecraft by a hundred metres per second, and the air takes care of the other 7.8 kilometres per second, as a fireball.

11 分

NASA/JPL/Space Science Institute

これは 私の教えだ Local Solar System 基金チームのメンバーであり,資格あるレビュー者によって改善できる。 この分野に関して資格はありますか?編集を提案します

すべての宇宙飛行士は同じ方法で帰宅する: 速度を熱に変える。 A capsule arriving from orbit carries enough energy per kilogram to melt its own weight in steel many times over. 再突入の技術は そのエネルギーを 生き残るためにゆっくりと 取り除くことだ

A ballistic capsule entering from a 400 km orbit, and three returns from the Moon compared (too steep, right, too shallow).指数関数的大気を持つ点質量モデル。

エンジンが落下を始める。 空気がブレーキをかける。

見て

  1. 軌道離脱燃焼 カプセルは後方に向かって数分間エンジンを点火し,約100m/s減速する。 軌道の遠方を大気圏に落とす
  2. Entry interface, about 120 km up. The capsule meets the first thin traces of air still moving at about 7.8 km/s.
  3. ファイアボール ヒートシールドの前にある空気は 強く押しつぶされて 輝くプラズマとなる 数千度の熱 無線信号は数分間通過できない。 ヒートシールドはゆっくりと炭化し,剥離して熱を運ぶ。
  4. The corridor. Returning from the Moon at 11 km/s, the entry angle must be right to a fraction of a degree: too steep and the deceleration would crush the crew, too shallow and the capsule skims off the air like a stone off water.
  5. パラシュートだ 10km以下では,カプセルは数百km/hで落下している。 パラシュートが開き 数メートル毎秒で着陸する

理解

From a 400 km circular orbit (r = 6,778 km) the speed is 7.67 km/s. An ellipse whose low point is 50 km up has a = 6,603 km, and at 400 km its speed must be 7.57 km/s. The deorbit burn is the difference: about 102 m/s, just 1.3% of the orbital speed.

Drag force is 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. 上記のモデルでは:

エントリースピード角度ピーク減速
低軌道から7.85 km/s1.5°約8gです
月から、急な道だ11 km/s8°約31gです
月から、廊下で11 km/s5.6°約7gです
月から、浅すぎる11 km/s4.8°スキップして戻ってくる

本物のカプセルは エレベーター これにより,ソユーズのピークは約4gに低下し,アポロの回廊は約2度拡大した。

マスター

このモデルは重力と抵抗のみを持つ運動の平面方程式を積分する。

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

with β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (capsule-like) and H = 7.2 km. 急峻な弾道進入に対して,AllenとEggers(1958)はピーク減速がβにほぼ独立であることを示した。

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

急峻な月面の場合(γ=8°)は約44gであるが,完全シミュレーションでは31gとなる。 いずれにせよ、入り口の角度がg負荷を決める。 それが、すべての帰還宇宙船が正確な回廊を飛ぶ理由である。

やってみろ

生きた状態のレッスンを使って、軌道離脱燃焼をチェックします。400 km での円形軌道 (r = 6,778 km) は速度が √(μ/r) です。400 km から 50 km までの楕円は a = (6,778 + 6,428)/2 です。カプセルは 400 km でどれくらい遅く行かなくてはなりませんか? (μ = 398,600 km³/s²)

クイッククイズ

3 簡単な質問です 正解を選んでみてください

  1. 400キロから帰還するには どれくらい減速すればいい?

    1. A 7.7 km/s
    2. B 約100m/s
    3. C 約1km/s
    4. D 完全に止めなければならない
    答えを表示

    B. 約100m/s 小さな燃焼が軌道の遠方を大気中に下げ,空気は速度の残りを除去する。

  2. 何が再突入時の熱を生み出す?

    1. A 太陽光との摩擦
    2. B カプセルの前で空気が圧縮されて プラズマとして輝いている
    3. C エンジン
    4. D 放射能
    答えを表示

    B. カプセルの前で空気が圧縮されて プラズマとして輝いている

  3. 月から戻ってくるカプセルが 浅すぎて大気に入ったら?

    1. A ♪柔らかく着陸する
    2. B 宇宙に飛び出すことができる
    3. C 燃え上がる
    4. D 静止軌道に入ります
    答えを表示

    B. 宇宙に飛び出すことができる

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