Почему люди не сгорают при прыжках с парашютом, а ракеты сгорают при входе в атмосферу?

Я предполагаю, что это как-то связано с их высокой горизонтальной и вертикальной составляющей скорости при входе в атмосферу. Но опять же, значит ли это, что есть лучший маневр входа в атмосферу, чем тот, который используется?

Ответы (4)

Скорость входа с НОО составляет   7 , 800 м с , из лунного пространства она достигает высоты   11 , 000 м с [1].

В разных книгах конечная скорость парашютиста дается примерно как 56 м с или же 75 м с [2, 3]. Точное значение не имеет значения, но тот факт, что оно на две степени меньше, чем скорость входа в атмосферу, имеет значение.

Разница между прыжком с парашютом и повторным входом в атмосферу заключается в том, что для того, чтобы выйти на орбиту, вам нужно очень быстро двигаться вбок. По сути, вы так быстро падаете вбок, что не попадаете в землю, когда падаете на нее ( см. соответствующий xkcd ). Парашютист, независимо от того, ныряет ли он с самолета или воздушного шара, изначально имеет лишь предельную горизонтальную скорость и почти нулевую вертикальную скорость. Затем парашютист разгоняется до предельной скорости, которая довольно мала по сравнению со скоростью входа в атмосферу (см. выше).

Для сравнения, капсула Аполлона имела конечную скорость 150 м с в 7 , 300   м высота. Именно с этого момента Аполлон ведет себя как парашютист. Вытягиваются тормозные парашюты, которые замедляют корабль до 80 м с , а затем, наконец, основные парашюты, которые замедляют корабль до 8,5 м с [4].

Но это только самый последний этап полета. Вам нужно как-то притормозить от 7 , 800 м с к 150 м с первый и спуск из космоса вглубь атмосферы. Создание парашютов, которые могут выдержать это и быть достаточно большими, чтобы замедлить корабль достаточно высоко в атмосфере, просто невозможно с инженерной точки зрения, и даже если бы это было возможно, это, вероятно, было бы непозволительно с точки зрения веса/дельты. v точка зрения.

У первой ступени Falcon 9 нет проблем с входным подогревом, хотя она тоже достигает космоса. Но эта ступень не достигает орбитальной скорости. Это происходит только о 2 , 000 м с при разделении, что достаточно медленно, чтобы нагрев не был проблемой, когда он падает (см. этот вопрос на Space StackExchange ).

1: Вход в атмосферу. Википедия, свободная энциклопедия.
2: Типлер, Пол А. Колледж физики. Нью-Йорк: Уорт, 1987: 105.
3: Бьюч, Фредрик. Принципы физики. Нью-Йорк: McGraw Hill, 1977: 64.
4: В. Дэвид Вудс. Как Аполлон летал на Луну. Спрингер, 2008: 371.

Это лучший ответ. Все дело в начальной скорости. Вся эта энергия должна куда-то идти.

Расстояния и скорости существенно различаются. В масштабах прыжка с парашютом плотность атмосферы почти не меняется (и относительно высока). Парашютист быстро достигает предельной скорости, при которой сопротивление воздуха соответствует силе тяжести.

При повторном входе вы приближаетесь в гораздо менее плотной атмосфере и движетесь намного быстрее. На таких скоростях драг прогревает намного быстрее. Кроме того, вы врезаетесь в атмосферу, а это значит, что вы увеличиваете сопротивление. Между этими эффектами вы видите значительно больший нагрев. У парашютиста, падающего с орбиты, возникнут те же проблемы с возгоранием.

Есть некоторые интересные вещи, которые делаются в отношении маневров входа в атмосферу. У китайцев был один лунный орбитальный аппарат , который пропустил атмосферу. Идея была проста. Если бы орбитальный аппарат снова вошел в нашу атмосферу напрямую, он получил бы слишком большой нагрев. Вместо этого ему было позволено просто войти в разреженные верхние края нашей атмосферы, сбросить часть своей скорости (в тепло) перед тем, как пропустить атмосферу, подобно камню в пруду. Это дало ему время, чтобы избавиться от части этого тепла, прежде чем второй повторный вход в атмосферу благополучно приземлился.

Вы, вероятно, должны подчеркнуть, что парашютист должен находиться на низкой околоземной орбите ( т.е. с тангенциальной скоростью около 7 км/с, неявно сказано), а не просто падать сразу за линией фон Кармана, чтобы иметь те же проблемы с горением. - чтобы отличить ваше утверждение от ситуации с падением стейка . Кроме того, поправьте меня, если я ошибаюсь, я думал, что многие космические корабли, возвращающиеся в атмосферу, используют некоторую вариацию повторного входа в атмосферу, описанную в вашем последнем абзаце. Аполлон сделал это, если я не ошибаюсь, поскольку я помню, как Фрэнк Борман явно описал это в Собеседование.
@WetSavannaAnimalakaRodVance Я знаю, что это делается, хотя не знаю, как часто. Насколько я могу судить, это немного более требовательно к элементам управления, чтобы вы, наконец, снова вошли туда, куда намеревались.
@WetSavannaAnimalakaRodVance, Аполлон специально пытался избежать пропусков - пропуск одной из орбитальных миссий Земли приведет вас к посадке в совершенно неправильном месте, в то время как пропуск на орбите возвращения на Луну займет несколько дней до второго повторного входа.
@Mark Ты знаешь, о чем говорил Фрэнк Борман? Описывая возвращение на Землю «Аполлона-8», он конкретно говорил о «копании» в более плотной атмосфере, оттягивании и перекатывании командного модуля, чтобы «снять тепловую нагрузку», и «закапывании» обратно, как «американские горки». Предположительно, это вопрос степени: насколько глубок и серьезен «скип».
@CortAmmon «у парашютиста, падающего с орбиты, будут те же проблемы». Итак, вы говорите, что сцена в «Звездном пути» (2009), где они прыгают с «Энтерпрайза» на орбиту на буровую платформу, нереалистична, потому что они д просто сгореть?
@AndrewMorton Спасибо! (*Ворчит* Что хорошего в проверке орфографии, если они просто собираются сделать ВСЁ одним словом!)
«Кроме того, вы врезаетесь в атмосферу, а это значит, что вы увеличиваете сопротивление». За исключением того, что не сопротивление, то есть трение, вызывает тепло, а сжатие. Парашютист просто не движется достаточно быстро, чтобы создать сильное сжатие.
@ ТайлерХ Да. Человеческое тело не выдержало бы этого. все это чертовски нереально. Посмотрите what-if.xkcd.com/28 , чтобы сделать это со стейком. Не совсем человеческое тело, но достаточно близко.
@WetSavannaAnimalakaRodVance Капсула Аполлона смогла совершить так называемый «возвратный вход в атмосферу». Капсула создает подъемную силу и может немного изменить траекторию, она не совсем баллистическая. Но они избегали пропусков повторных входов, так как у КМ не было достаточно ресурсов, чтобы поддерживать экипаж в живых для многократных проходов.
@Polygnome Да, я думал, что это должно быть что-то в этом роде. Большое спасибо.

Человек прыгает с парашютом час знак равно 4000 м (см . http://adventure.howstuffworks.com/skydiving1.htm ) необходимо избавиться от своей потенциальной энергии м грамм час . Если предположить, что вся эта энергия идет на равномерный нагрев парашютиста, который по сути состоит из воды с ее известной удельной теплоемкостью с ЧАС 2 О знак равно 4182 Дж к грамм ⋅ К , температура повышается на

грамм час с ЧАС 2 О знак равно 9,81 ⋅ 4000 4182 К < 10 К ,
недостаточно для сжигания. Можно возразить, что нагрев будет происходить в основном спереди, а не равномерно, но прыжок с парашютом достаточно длинный, чтобы большое количество тепла переносилось по телу или даже отводилось от него окружающим воздухом.

Обратите внимание, что в приведенную выше простую оценку не входила масса парашютиста, а только высота наблюдения и удельная теплоемкость.

С другой стороны, возвращающийся космический корабль не только стартует с большей высоты (более 100 километров), но дополнительно должен избавиться от своей значительной кинетической энергии. Если мы не хотим искать числа для орбитальной скорости, давайте попробуем по памяти. Всегда можно услышать, что один оборот занимает около 90 минут, поэтому скорость должна быть не менее (используя немного меньшую окружность Земли) в ≥ 40000 к м 5400 с ≈ 7400 м с , поэтому энергия на килограмм массы равна 1 2 в 2 ≈ 55 М Дж к грамм . Мы видим, что это намного, намного больше, чем просто 40 к Дж к грамм нашего парашютиста.

Космический корабль мог бы избавиться от большей части кинетической энергии, используя свой ракетный двигатель, но это было бы неразумно: требовалось очень много топлива, чтобы вывести ракету на орбиту (или, скорее, на орбитальную скорость , в конце концов) . потенциальная энергия мала по сравнению с кинетической энергией на низкой околоземной орбите); следовательно, требуется (почти) столько же топлива, чтобы достичь того же Δ в при повторном входе. Но для того, чтобы на орбите было так много топлива, оно должно было быть доставлено туда в первую очередь. Это невозможно из-за соотношения топлива и полезной нагрузки.

Как объясняли другие, максимальная скорость парашютиста намного меньше, чем у орбитальных аппаратов. Но это потому, что парашютисты прыгают с относительно небольшой высоты: рекордные прыжки Юстаса ( https://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Eustace ) и Баумгартнера ( https://en.wikipedia.org/wiki/Felix_Baumgartner) выполнялись с высоты около 40 км, а максимальная скорость составляла около 1,3 км/с, тогда как орбитальная скорость около 7,9 км/с. @Cort Ammon сказал, что «парашютист, падающий с орбиты, будет иметь те же проблемы с возгоранием». Это верно, если предположить, что парашютист, падающий с орбиты, имеет орбитальную скорость. Однако высота малой орбиты (скажем, 150-200 км) сравнима с рекордной высотой прыжков с парашютом. Если бы парашютист был сброшен с такой орбитальной высоты с нулевой начальной скоростью, его максимальная скорость была бы намного меньше орбитальной скорости. Для достижения скорости, сравнимой с орбитальной, парашютисту нужно было бы сбрасываться с высоты, сравнимой с радиусом Земли (около 6000 км).

Почему люди не сгорают при прыжках с парашютом, а ракеты сгорают при входе в атмосферу?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v