Venind acasă: reintrarea

Fiecare astronaut ajunge acasă în același mod: transformând viteza în căldură. O capsulă care sosește de pe orbită poartă suficientă energie per kilogram pentru a-și topi propria greutate în oțel de mai multe ori. Întreaga artă a reintrării este de a scăpa de acea energie suficient de încet pentru a supraviețui, și suficient de repede pentru a nu sări înapoi în spațiu.

Motoarele pornesc căderea. Aerul frânează.

Uite.

1. Deorbitarea arde. Îndreptată înapoi, capsula își aprinde motorul timp de câteva minute și încetinește cu aproximativ 100 m / s. Aceasta coboară partea îndepărtată a orbitei sale în atmosferă.
2. Interfaţă de intrare, la aproximativ 120 km în sus. Capsula întâlnește primele urme subțiri de aer care se mișcă încă cu aproximativ 7,8 km/s.
3. Mingea de foc. Aerul din faţa scutului termic este comprimat atât de tare încât devine plasmă strălucitoare, fierbinte la mii de grade. Semnalele radio nu pot trece prin câteva minute. Scutul termic se carbonizează încet și se desprinde, ducând căldura cu el.
4. Coridorul. Întorcându-ne de pe Lună la 11 km/s, unghiul de intrare trebuie să fie corect cu o fracţiune de grad: prea abrupt şi decelerarea ar zdrobi echipajul, prea superficial şi capsula se va îndepărta din aer ca o piatră de pe apă.
5. Paraşute. Sub aproximativ 10 km, capsula cade cu câteva sute de km/h. Paraşutele se deschid şi aterizează la câţiva metri pe secundă.

Înţelegeţi.

De pe o orbită circulară de 400 km (r = 6.778 km) viteza este de 7,67 km/s. O elipse al cărei punct cel mai jos este la 50 km înălțime are a = 6.603 km, iar la 400 km viteza sa trebuie să fie de 7,57 km/s. Arderea deorbitală este diferența: aproximativ 102 m/s, doar 1,3% din viteza orbitală.

Forța de tracțiune este ½ ρ v² C_D A. Densitatea aerului ρ se înjumătățiește la fiecare 5 km de coborâre (înălțimea scalei este de aproximativ 7,2 km), astfel că decelerația crește abrupt, atinge vârfuri și scade pe măsură ce capsula încetinește. În modelul de mai sus:

Intrare	Viteză	Unghi	Vârf de decelerare
De pe orbita joasă	7.85 km/s	1.5°	aproximativ 8 g
De la Lună, prea abrupt	11 km/s	8°	aproximativ 31 g
De pe Lună, în coridor	11 km/s	5.6°	aproximativ 7 g
De la Lună, prea superficial	11 km/s	4.8°	Sări înapoi afară

Capsulele reale zboară cu puțin Lift (centrul lor de masă este off-center, astfel încât acestea zboară înclinat) și se rostogolește pentru a conduce, ceea ce scade vârful la aproximativ 4 g pentru un Soyuz și lărgit coridorul Apollo la aproximativ 2 grade.

Maestre.

Modelul integrează ecuațiile planare ale mișcării cu gravitație și rezistență numai:

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

cu β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (ca o capsulă) și H = 7,2 km. Pentru o intrare balistică abruptă, Allen și Eggers (1958) au arătat că decelerația maximă este aproape independentă de β:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

Pentru cazul lunar abrupt (γ = 8°) se obține aproximativ 44 g; simularea completă dă 31 g, deoarece gravitația continuă să îndoaie traiectoria mai puțin adâncă pe măsură ce capsula coboară. În orice caz, unghiul de intrare, nu dimensiunea vehiculului, stabilește sarcina g, motiv pentru care fiecare navă spațială care se întoarce zboară pe un coridor precis.