Prichádza domov: návrat

Každý astronaut sa vracia domov rovnakým spôsobom: premenou rýchlosti na teplo. Kapsule prichádzajúce z obežnej dráhy nesú dosť energie na kilogram, aby roztavili svoju vlastnú váhu v oceli mnohokrát. Celé umenie návratu do atmosféry je zbaviť sa tejto energie dostatočne pomaly na to, aby ste prežili a dostatočne rýchlo na to, aby ste sa neodrazili späť do vesmíru.

Motory začínajú padať. Vzduch sa stará o brzdenie.

Pozri.

1. Deorbit horenie. Smerujúca dozadu, kapsula na niekoľko minút vypne motor a spomaľuje asi o 100 m / s. To znižuje vzdialenú stranu jeho obežnej dráhy do atmosféry.
2. Vstupné rozhranie, asi 120 km nad zemou. Kapsuľa sa stretáva s prvými tenkými stopami vzduchu stále pohybujúceho sa rýchlosťou okolo 7,8 km/s.
3. Ohnivá guľa. Vzduch pred tepelným štítom je stlačený tak silno, že sa stáva žiariacou plazmou, horúcou tisíce stupňov. Rádiové signály sa na niekoľko minút nemôžu dostať cez. Tepelný štít sa pomaly zožerie a odlupuje, pričom so sebou nesie teplo.
4. Chodba. Pri návrate z Mesiaca rýchlosťou 11 km/s musí byť uhol vstupu presný na zlomok stupňa: príliš strmý a spomalenie by posádku rozdrvilo, príliš plytký a kapsula by sa vymkla zo vzduchu ako kameň z vody.
5. Padáky. Pod cca 10 km padá kapsula rýchlosťou niekoľko stoviek km/h. Padák sa otvára a lietadlo pristane rýchlosťou niekoľko metrov za sekundu.

Pochopte to.

Z kruhovej obežnej dráhy vo vzdialenosti 400 km (r = 6778 km) je rýchlosť 7,67 km/s. Elipsa, ktorej najnižší bod je 50 km hore má a = 6.603 km, a vo výške 400 km musí mať rýchlosť 7,57 km/s. Deorbit spálenie je rozdiel: asi 102 m/s, len 1,3% z orbitálnej rýchlosti.

Prevodová sila je ½ ρ v² C_D A. Hustota vzduchu ρ sa približne znižuje na polovicu každých 5 km zostupu (výška stupnice je asi 7,2 km), takže spomalenie prudko stúpa, vrcholí a klesá ako kapsula spomaľuje. V modeli vyššie:

Vstup	Rýchlosť	Uhol	Maximálne spomalenie
Z nízkej obežnej dráhy	7,85 km/s	1.5°	asi 8 g
Z Mesiaca, príliš strmé	11 km/s	8°	asi 31 g
Z Mesiaca, na chodbe	11 km/s	5.6°	asi 7 g
Z Mesiaca, príliš plytko	11 km/s	4.8°	Preskočí späť von

Skutočné kapsule lietajú s malým zdvihom (ich stred hmotnosti je mimo stredu, takže lietajú naklonené) a kotúľajú sa, aby ich riadili, čo znižuje vrchol na približne 4 g pre Sojuz a rozšírený koridor Apolla asi o 2 stupne.

Majster

Model integruje rovinné rovnice pohybu len s gravitáciou a odporom:

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

s β = m/(C_D A) = 350 kg/m² (ako kapsula) a H = 7,2 km. Pre strmý balistický vstup, Allen a Eggers (1958) ukázali, že vrcholné spomalenie je takmer nezávislé od β:

a_max ≈ v_E² sin γ / (2 e H)

Pre strmý mesačný prípad (γ = 8°) to dáva asi 44 g; plná simulácia dáva 31 g, pretože gravitácia ohýba cestu plytšie ako kapsula klesá. V každom prípade, uhol vstupu, nie veľkosť vozidla, určuje zaťaženie G, čo je dôvod, prečo každá vracajúca sa kozmická loď letí presným koridorom.