Можно ли избежать проблемы тепла от трения при повторном входе в атмосферу, выполняя (вертикальные) «развороты»?

Если вы поднимете качели на детской площадке и отпустите, они будут некоторое время раскачиваться вперед и назад, теряя некоторую высоту при каждом качании, в основном (?) из-за сопротивления. В конце концов он теряет всю энергию и останавливается.

Нельзя ли использовать этот принцип при повторном входе космического корабля в атмосферу? То есть спускайтесь вниз в атмосферу, а затем направляйтесь вверх, преобразовывая кинетическую энергию в потенциальную энергию, но также теряя часть энергии на трение, когда скорость/трение-тепло слишком высоки, и немного охлаждайтесь (когда вы теряете скорость, двигаясь вперед). вверх трение уменьшается). Промывайте и повторяйте до тех пор, пока не потеряете достаточно энергии, чтобы избежать проблем с теплом от атмосферного трения.

Для этого, конечно, потребовались бы какие-то крылья с управляющими поверхностями, но у шаттла они были именно такими.

Нет, как только ваша скорость упадет немного ниже орбитальной скорости, вы сразу же начнете падать . Вы входите в более густую атмосферу, которая замедляет вас намного быстрее, и если вы не будете предельно осторожны, вы сначала превратитесь в желе при замедлении на 10–20 g, а затем сожжетесь от такой жары .
Подумайте об этом так: Е "=" 1 2 м в 2 , кинетическая энергия 2,5-тонной капсулы «Союз», возвращающейся на орбиту со скоростью 8 км/с, имеет энергетический эквивалент 20 тонн тротила. Эта энергия должна куда-то уйти , никак иначе. Если вы не будете рассеивать его раньше, вам придется рассеять его позже, так или иначе, и лучше, если вы не будете готовить команду.
@uhoh Вот почему тебе нужны крылья. Трение требует атмосферы, но атмосфера также дает подъемную силу, если у вас есть крылья.
@sf У свечи больше энергии, чем у ручной гранаты (я слышал). Все дело в том, сколько времени требуется для высвобождения энергии.
@db ... и где. Свеча, зажженная прямо под вашей головой, когда вы не можете отойти, убьет вас так же, как и граната. Текущая методология входа в атмосферу состоит в том, чтобы направить большую часть энергии в воздух, окружающий космический корабль (и вам нужно достаточное количество этого воздуха - достаточно плотный, чтобы удержать его), небольшую часть - в аблятор теплового экрана, который быстро испаряется, и почти ничего - в корпус капсулы. Измените тайминги, и капсула превратится в печь медленного приготовления. И если вы хотите, чтобы он нагревался слишком медленно, чтобы причинить вред людям, ваш вход в атмосферу займет несколько недель .
@db действительно (по крайней мере, часть запасенной энергии) О крыльях Я помню, как читал здесь один или несколько более ранних вопросов и ответов о крыльях для входа в атмосферу. Трудности — это жара. Они тают, прежде чем обеспечивают какую-либо полезную подъемную силу. Если вы дадите им абляционные тепловые экраны, они перестанут быть крыльями. Я не буду спорить с вами, но я думаю, что математика и физика рассматривались количественно в другом месте сайта.
@uhoh Это интересно, учитывая, что дрон на Марсе летает в атмосфере, которая на 98% (?) менее плотная по сравнению с Землей.
@db нет, это совсем не интересно. Рассеиваемая мощность зависит от куба скорости, сравните орбитальную скорость со скоростью законцовки крыла вертолета, умножьте это отношение в куб и посмотрите, что получится.
@угу Да? Это означало бы, что корабль с крыльями получит подъемную силу и сможет направиться вверх, чтобы уменьшить скорость/нагрев от трения в очень разреженной атмосфере.
@db Изобретательность может летать 30 секунд. Батареи хватило бы на гораздо большее время, но при потреблении энергии в 350 Вт во время полета он просто поджарил бы собственную батарею, двигатель и схему.
@db Хорошо, теперь дайте мне некоторые основы, как долго будет длиться этот маневр, какова будет температура «кожи» корабля и, как следствие, насколько повысится его внутренняя температура.
Все: Изобретательность еще не взлетела!

Ответы (2)

Невозможно избежать тепла от трения при входе в атмосферу, с этим нужно как-то бороться. То, что вы описываете, называется skip-reentry и не требует крыльев. Этот метод использовался советскими космическими кораблями «Зонд» и «Аполлон». Зонды использовали эту технику для изменения траектории, Аполлон использовал ее, чтобы избежать тепловых нагрузок за счет увеличения времени входа в атмосферу. Не исключено, что этот метод снова будет использоваться для возвращающихся миссий с Луны или Марса из-за высоких скоростей входа в атмосферу.

Обратите внимание, что этот метод помогает уменьшить нагрузки на трение, он не устраняет их, у вас все равно будет повторный вход в атмосферу со значительными тепловыми нагрузками. Это не проблема, мы знаем, как с этим бороться.

В этом и был смысл моего вопроса. Дайте сосуду немного нагреться, а затем направьте его вверх, что замедлит его движение и уменьшит трение, что, в свою очередь, позволит ему остыть. Когда достаточно остынет, снова рулите вниз.
Ну, это не совсем так, @db. Большинство теплозащитных экранов разрушаются, то есть они жертвуют материалом для отвода тепла — они не нагреваются, поэтому им не нужно охлаждаться.
@db даже для таких вещей, как шаттл с многоразовыми плитками, тепло будет просачиваться внутрь, а также наружу, оставляя вас с проблемой охлаждения внутри корабля, в то время как снаружи он слишком тонкий для использования кондуктивного охлаждения, но слишком толстый для развертывания радиаторов. Быстрый спуск позволяет охлаждать теплозащитный экран (и салон) более густым воздухом на уровне моря. Возвращение с Марса, конечно, может быть совсем другим, с потенциально часами или днями, чтобы остыть в настоящем вакууме, где возвращение на НОО занимает максимум минуты.
@GdD SR-71 приходит на ум ;-) Да, но это мотивировано тем, как сегодня происходит повторный вход. Если, скажем, корабль нагрелся только до 200 °C, а затем сделал «разворот» и остыл, сталь или алюминий выдержали бы такую ​​температуру.
@db проблема в том, что реально достижимые транспортные средства на самом деле не могут сделать этот «разворот».

То, что вы предлагаете, это аэродинамический вход в атмосферу, когда аэродинамические поверхности используются для замедления скорости спуска в нижние слои атмосферы. В реальном мире теплозащитные экраны часто имеют такую ​​форму, чтобы создавать подъемную силу. А вот крылья практически не используются. Это потому, что очень сложно создать аэрокосмический корабль, способный поддерживать горизонтальный полет на гиперзвуковых скоростях. Это распространенное заблуждение, что трение является основным источником тепла при входе в атмосферу. На самом деле автомобиль создает перед собой зону чрезвычайно сжатого воздуха. Это увеличение давления сильно нагревает атмосферу. Проблема с эффективной (способной к горизонтальному полету) аэродинамикой на околоорбитальных скоростях заключается в том, что в передней части крыльев необходимы острые кромки. Чем более плоской является поверхность, тем дальше она может удерживать возвращающуюся плазму. Это означает значительно меньшую проводимость и меньший общий нагрев. Но рядом с острыми краями эта плазма может оказаться намного ближе к вашему ремеслу. Вот почему передние кромки космического челнока должны были использовать гораздо более жесткую и тяжелую углерод-углеродную структуру для сохранения жесткости. В любом случае, обычные методы повторного входа обычно более эффективны с точки зрения затрат. Посмотрите видео Скотта Мэнли здесь для получения дополнительной информации:

Интересно, спасибо.
«Вот почему законцовки крыльев космического челнока должны были использовать гораздо более жесткую и тяжелую углерод-углеродную структуру для сохранения жесткости». Неправильно, я полагаю, вы имеете в виду передние кромки, а не законцовки крыла. И, как мы выяснили, это было не так уж и сложно.
@OrganicMarble Извините! Я имел в виду передние кромки, но это слово просто не пришло мне в голову в тот момент. Сейчас отредактирую пост.
Небольшая придирка: если объяснять заблуждение, то объяснять правильно. В первую очередь идет сжатие, это вызывает высокое давление и температуру в заударной области. Написать: «На самом деле транспортное средство создает перед собой зону чрезвычайно высокого давления. Это сжатие сильно нагревает атмосферу». просто сбивает с толку и меняет местами причину и следствие.
Я использовал термины «сжатие» и «высокое давление» как синонимы. Я вижу, как это может сбивать с толку! Я отредактирую это.
Можно ли избежать проблемы тепла от трения при повторном входе в атмосферу, выполняя (вертикальные) «развороты»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v