Что, если космический корабль войдет в атмосферу Венеры?

Чем вход в атмосферу американского космического корабля "Шаттл" на Венере будет отличаться от входа на Землю? Скажем, космический шаттл на низкой орбите Венеры выполняет (повторный) вход в атмосферу. Чем будет отличаться последующий вход в атмосферу и полет от земного, учитывая другой состав и плотность венерианской атмосферы и немного меньшую гравитацию, а также кислотные дожди? Как это повлияет на шаттл и, если что-то выйдет из строя, на экипаж?

  • Интересно, как вход в атмосферу и полет в атмосфере будут отличаться от земных до уровня Венеры в 1 атм (что составляет ~ 33 мили над поверхностью)
  • и насколько ниже в атмосфере Венеры может опуститься космический шаттл, прежде чем что-то выйдет из строя, и что выйдет из строя (в первую очередь) и по какой причине (экстремальное давление / жара / погода?)

Примечание: аналогичный вопрос можно было бы задать и на Марсе, но, поскольку атмосфера обеих планет почти полностью состоит из углекислого газа, единственная существенная разница будет заключаться в их гравитации. Кроме этого, до уровня Венеры 0,006 атм вход будет примерно таким же, как если бы шаттл вошел в атмосферу Марса.

Где-то на высоте 5-10км, где внешняя температура вырастает до 100-200С, перестает работать электроника. Потеря управления траекторией делает полет управляемым только аэродинамическими силами. К счастью, там атмосфера уже достаточно плотная, чтобы ее стабилизировать, и в этот момент она уже достаточно медленная, чтобы оставаться единым куском. Я думаю, что он придет в одной части. По мере того, как атмосфера становится все более и более плотной, ее конечная скорость может быть достаточно низкой, чтобы даже пережить приводнение. Конечно, к этому моменту космонавтов в нем уже ждала мучительная смерть.
Оставшееся четырехокись азота в двигателях орбитального маневрирования, вероятно, взорвется. Это будет светящаяся развалина.
@peterh-ReinstateMonica нет, :-), в подходе будет шаг «слить все топливо».
@CarlWitthoft Ага, тогда это будет светящаяся обломки с пустыми топливными баками OMS. Свечение произойдет, потому что температура поверхности 400°C достаточна для того, чтобы вещи светились.
@peterh прав насчет охлаждения, но не стабилизации. Орбитальный аппарат управлялся по проводам; как только охлаждение и система управления полетом выйдут из строя, он упадет и развалится. Если бы экипаж не погиб из-за отсутствия охлаждения, то из-за поломки.
@OrganicMarble полет по проводам не означает аэродинамическую нестабильность. Это просто означает, что элементы управления проходят через цифровую матрицу управления между входом и выходом. Хотя, учитывая то, как выглядит космический шаттл, у меня есть сомнения в (динамической) стабильности. Но аэробус тоже летает по проводам, но при полном отключении питания он не кувыркается внезапно и не глохнет.
Добавив это как полукомментарий, полуподсказку, чтобы прочитать какую-нибудь замечательную научную комедию. Ни один ответ о полете на Венеру не будет полным без ссылки на статью Рэндалла Монро «Interplantary Cessna» на what-if.xkcd.com/30 . Основные моменты включают: «Результат таков: ваш самолет будет летать довольно хорошо, за исключением того, что он будет все время гореть, а затем перестанет летать, а затем перестанет быть самолетом».
@OrganicMarble Хорошо, тогда он не распадется, если он уже достаточно медленный. И будет достаточно медленно - пока ≈ 60км он может тормозить как на Земле. Ниже 60 км начинает расти температура и давление, это убивает космонавтов и останавливает электронное управление. Но тогда шаттл уже медленный. Это приводит к тому, что обломки корабля медленно падают на поверхность Венеры, кувыркаясь, но целиком, примерно так же, как обломки затонувшего корабля «приземляются» на морское дно. Он прибудет вертикально. Посадочная скорость, вероятно, будет достаточно низкой, чтобы оставаться целым.

Ответы (3)

Не могу говорить об аспектах траектории, но боевой отсек орбитального корабля был очень нетерпим к давящей нагрузке.

Два клапана сброса отрицательного давления защищают боевой отсек от разрушения, если давление окружающей среды превысит давление в кабине. Эти предохранительные клапаны отрицательного давления сломаются, когда давление окружающей среды на 0,2 фунта на кв. дюйм превышает давление в кабине. Клапаны сброса отрицательного давления расположены под боковым люком. Крышки используются в качестве резервного уплотнения для предотвращения утечки за борт (Рисунок 2-8). Когда давление снаружи кабины превысит давление в кабине, предохранительные клапаны лопнут, крышки сорвутся, и воздух потечет в кабину, чтобы уравнять давление.

введите описание изображения здесь

Так что, как только атмосферное давление превышало ~1 бар, в боевой отсек начинала поступать горячая непригодная для дыхания атмосфера.

Ссылка: Руководство по обучению Shuttle ECLSS

Справедливости ради, можно было бы ожидать, что НАСА модифицирует эти клапаны для миссии на Венеру или включит достаточное количество земной атмосферы в резервуары под давлением, чтобы выровняться при входе в атмосферу Венеры.
@CarlWitthoft никто в реальном мире никогда бы серьезно не подумал о полете немодифицированного орбитального аппарата на Венеру, но вопрос заключался в том, что произойдет, если кто-то это сделает. Если бы кто-то сделал необходимые модификации, это был бы уже не орбитальный шаттл.

В очень грубом выражении, исходя из данных Википедии и сайтов НАСА:

Пустой космический челнок весит около 165 000 фунтов (74 843 кг). Высота 56,1 м (184 фута 1 дюйм). Диаметр 8,7 м (28 футов 7 дюймов). Итак, плотность около 22,5 кг м 3 , в то время как атмосфера Венеры на уровне земли составляет 67 кг м 3 , так что Шаттл будет плавать где-то на высоте 15 км. Или чуть ниже, если добавить несколько тысяч кг людей и полезной нагрузки.

Вау, верно! Но выдержит ли он несколько атм внешнего давления? И, я думаю, герметична только кабина, так что только ее объем считается гидростатической плавучестью.
@peterh правильно; большая часть объема орбитального аппарата вентилировалась в окружающую среду.
Просто для сравнения: плотность воздуха на уровне моря на Земле составляет 1,2 кг/м^3. Так что атмосфера Венеры намного плотнее.
Изменить полезную нагрузку шаттла, не работая как дирижабль легче воздуха space.stackexchange.com/a/39523/26356
@peterh-ReinstateMonica да, возможно, нам придется перестроить корпус из унобтаниума или купить корпус General Products.
Чтение Какой из известных газов является самым плотным? и видя фиг. АII.3. Плотность паров UF6 (рассчитанная при атмосферном давлении) (стр. 36) похоже, что даже гексафторид урана при его температуре кипения составляет лишь половину плотности, необходимой для предотвращения дробления. Но мысль интересная!
Радон при температуре кипения не лучше, но гексахлорид урана может оказаться победителем.
Размеры не правильные. Я думаю, что они для полного стека на стартовой площадке. Длина орбитального аппарата всего 37 метров, и диаметр тоже меньше.
@Neith, спасибо, что указали на это. Есть предположения по диаметру?
@CarlWitthoft en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_orbiter говорит, что грузовой отсек имеет ширину 4,6 м, но в любом случае он негерметичен. На сайте spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/basics/orbit.html указано, что объем под давлением составляет 74,3 м3, плюс 4,24 м3 на шлюзовую камеру. Если полет включает в себя Spacelab или MPLM, объем под давлением значительно увеличивается.

Это будет очень жесткая посадка.

Я собираюсь помахать руками на этапах снижения и захода на посадку и сосредоточиться на приземлении.

Посадочный комплекс «Шаттл» представляет собой взлетно-посадочную полосу длиной 4600 м, шириной 91 м и толщиной 40 см. Космическому шаттлу больше всего требовалась вся взлетно-посадочная полоса для посадки, даже с тормозными парашютами.

Этому Venus Shuttle потребуется такая же подготовленная взлетно-посадочная полоса для посадки, если не даже длиннее. Эта взлетно-посадочная полоса и ее основание должны быть изготовлены из материалов, способных выдерживать стандартные для Венеры температуру, давление и агрессивную атмосферу. Без этого корабль попытается приземлиться в суровых условиях и почти наверняка впоследствии потребует обширного обслуживания и ремонта.

Это даже не самая сложная часть — вернуться в космос будет сложно! Создание системы запуска, укладка шаттла и его дозаправка оставлены как упражнение для продвинутого ученика.

Хорошо, но плотность атмосферы составляет половину морской воды. Скорости свободного падения шаттла наверное не хватит для крушения, думаю прилетит мягко.
Это по-прежнему грубая посадка для автомобиля, рассчитанного на очень длинную взлетно-посадочную полосу. Поэтому я готов пересмотреть свой ответ на «жесткую посадку, требующую ремонта».
Даже если бы электроника не разрушилась при посадке, наверное, ее управляющие константы не рассчитаны на такую ​​плотную атмосферу. И он аэродинамически нестабилен, летает по проводам, требует постоянного электронного управления. Если его управление сможет с этим справиться, то оно прибудет с головой. Если нет, он придет, как брошенный кубик.
Обратите внимание, температура 450С, вероятно, быстро сожжет все 1. покраску, 2. шестерни и 3. самое главное: тросы. Сгоревшие кабели вызывают короткие замыкания.
@peterh-ReinstateMonica: Это еще больше усложняет возвращение в космос.
Что, если космический корабль войдет в атмосферу Венеры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v