Почему нельзя сходить с орбиты в мелкой глиссаде?

Огненный вход космического корабля в атмосферу с самого начала был основным продуктом космических полетов, что сделало абляционную теплозащиту необходимым компонентом любого корабля, желающего вернуться на Землю в целости и сохранности. Это результат ударной волны, вызванной высокоскоростным столкновением с верхними слоями атмосферы, что, в свою очередь, определяется углом входа в атмосферу (~ 40 градусов для космического корабля "Шаттл"). В литературе по этой теме всегда говорится, что слишком малый угол приведет к тому, что аппарат «выпрыгнет» из атмосферы. Это, кажется, подразумевает, что у атмосферы есть «поверхность», подобная океану, что, конечно, не интуитивно понятно для газообразной жидкости.

Итак, мой вопрос: почему нельзя плавно и плавно сходить с орбиты, используя неглубокую глиссаду? Нет ли комбинации аэродинамической поверхности и профиля тяги, которая могла бы это сделать?

Если вы летите с очень высокой эллиптической орбиты, я думаю, совершенно ясно, что пропуск — это просто вопрос продолжения движения по орбите. Однако это не объясняет вашего факта с шаттлом. Действительно ли этот угол в 40 градусов соответствует углу, под которым он проходит через атмосферу, или это угол ориентации корабля? В последнем случае это не имело бы никакого отношения к прыжкам — только к аэродинамике. Я не понимаю, почему поднятие тяжестей должно быть проблемой.
Я считаю, что два ракурса почти одинаковы, нос немного выше, но я получаю эту информацию, играя в (очень захватывающий) симулятор космического корабля SSM2007, а не из реальных данных, поэтому я вполне могу ошибаться.
en.wikipedia.org/wiki/Skip_reentry - можно и считалось
Это XKCD Что если? ответ может иметь значение: what-if.xkcd.com/58
НАСА сняло очень интересные образовательные фильмы, подробно описывающие требования и фактические этапы ухода с орбиты космического корабля «Аполлон»: « Аполлон — фаза входа в атмосферу» (1968) . Среди многих объяснений, касающихся угла входа, оно показывает, почему конусообразный объект может иметь подъемную силу. Некоторые из этих объяснений дают ответы на часть ваших вопросов.
Если вы едете достаточно быстро, то газовая атмосфера будет действовать как кирпичная стена.

Ответы (4)

Был отличный маленький космический симулятор, первоначально разработанный для имитации Orbital Tethers ( апплет космических тросов ), который был расширен для выполнения различных космических симуляций с показаниями различных чисел, относящихся к симуляции: расстояние, скорость, температура и т. д.

Запустив это программное обеспечение с использованием различных встроенных сценариев, стало ясно, что неглубокий повторный вход, снижая максимальное мгновенное тепло, которое испытывает корабль, значительно продлевает продолжительность фазы нагрева. В результате пологий вход в атмосферу вызовет большую общую тепловую нагрузку , чем крутой.

Когда вы входите под малым углом, ваша скорость почти горизонтальна, и вы имеете орбитальную скорость. Небольшая подъемная сила поднимет вашу скорость выше вертикали и отправит вас обратно на орбиту. Вот что имеется в виду под пропуском атмосферы. Пока у вас достаточно кислорода, вы переживете это. После нескольких прыжков (каждый раз теряя скорость из-за сопротивления) вы окажетесь ниже орбитальной скорости, поэтому, если вы собираетесь вернуться на мелководье, вам нужно создать подъемную силу. На гиперзвуковой скорости отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, как правило, не очень хорошее, поэтому создание этой подъемной силы создает большое сопротивление, еще больше замедляя вас. Затем вы опускаетесь ниже в атмосферу, потому что вы не создаете достаточной подъемной силы, выделяете больше тепла и сгораете. Теоретически, если бы в вашем распоряжении была тяга, вы могли бы оставаться на высоте, пока теряете орбитальную скорость.

Проголосовал. Было бы идеально добавить диаграмму зависимости числа Маха от L/D для капсулы типа «Аполлон».
@DeerHunter: Я думаю, что идея вопроса не в капсулах, а в вещах, похожих на самолеты. У меня нет хорошего графика L/D для гиперзвуковых самолетов.
И причина, по которой это не сделано, была бы.... какая? Повторный нагрев? Трудно предсказать или контролировать, где вы на самом деле приземлитесь? Историческая инерция? Что-то совсем другое?
@dmckee: Я считаю, что вы не можете позволить себе силовую установку и топливо, которые потребуются. В основном вы будете использовать мощность ракеты, чтобы поддерживать свой вес в течение длительного времени, теряя при этом боковую скорость.
Извините, я не имел в виду, почему они не поддерживают высоту с помощью тяги для замедления, но «Почему они не планируют несколько прыжков, чтобы распределить нагрев на большее время?»
@dmckee: Я думаю, проблема не в очень сильном нагреве, когда вы приближаетесь к орбитальной скорости. Это когда вы все еще находитесь на гиперзвуковой скорости, но значительно ниже орбитальной скорости. Пропуски работают только тогда, когда вы приближаетесь к орбитальной скорости, и вы правы, они затрудняют приземление. Но вы должны каким-то образом перейти от 90% орбиты к очень медленному.
Эм, нет, это совершенно неправильно. Вам не нужно никакого подъема, чтобы «пропустить». «Скип» - ужасный термин для этого, и он всегда вызывал эту путаницу с «поверхностями» и подъемной силой из-за знакомства с камнем, прыгающим над прудом, на что это совсем не похоже. Вам нужен достаточно крутой угол входа, чтобы не выйти из атмосферы повторно, для полностью баллистического входа без подъемной силы, потому что планета и атмосфера искривлены . Если ваше сопротивление недостаточно велико, то скорость вашего спуска будет меньше, чем у планеты, изгибающейся от вас, и вы снова выйдете.
Возможно, дополнительный вопрос: насколько велика разница между выбранным «номинальным» углом повторного входа, скажем, для Аполлона, STS или Ориона (я предполагаю, что все они разные) и порогом, при котором корабль выйдет атмосфера для другой орбиты? Является ли это когда-либо тонкой разницей или (помимо соображений теплового поглощения) существует преднамеренный запас, гарантирующий, что после начала повторного входа не будет возможности поддерживать достаточную скорость для последующей орбиты?

На самом деле вы можете сходить с орбиты, используя неглубокую глиссаду, которая «пропускает» атмосферу, каждый раз замедляясь, что называется «траекторией пропуска». Это помогает рассеивать тепло, которое испытывает корабль в течение более длительного периода времени, и позволяет использовать большее количество посадочных площадок.

Но почему корабль прыгает, если у атмосферы нет четко определенной поверхности? Это происходит из-за подъемной силы корабля. Большинство кораблей имеют наклонные поверхности, и по мере того, как они уходят с орбиты в более толстые части атмосферы, они создают большую подъемную силу. Если объект, возвращающийся в атмосферу, представляет собой сферу, подъемной силы почти не будет, но он будет слишком быстро замедляться (во всяком случае, для человека). Наличие плоских поверхностей важно для более мягкого торможения, что создает более высокое отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению и возможность «вылететь» из атмосферы.

Посетите этот веб-сайт для получения дополнительной информации: http://www.aerospaceweb.org/question/spacecraft/q0218.shtml

(извините, у меня нет конкретных примеров, мой физический бэкграунд не очень силен)

Нет, это не имеет никакого отношения к лифту. См. комментарий к другому ответу и комментарий к вопросу, указывающему на ответ.
Хм, попался. Я понимаю, что вы говорите об искривлении атмосферы. Я думал, что подъемная сила и сопротивление идут рука об руку.
Вы можете иметь сопротивление и не иметь подъемной силы. Т.е. L/D = 0. Например, стартовые аппараты Mars Pathfinder и Mars Exploration Rover имели нулевую подъемную силу. Фактически, они начали вращение со скоростью 2 об/мин, чтобы усреднить любую непреднамеренную остаточную подъемную силу, чтобы убедиться, что она равна нулю. Они все равно довольно легко «проскочили бы», если бы вошли под слишком малым углом траектории полета.

На самом деле это возможно (в некотором смысле). В таких случаях траектория представляет собой медленную спираль вниз, но, поскольку большая часть скорости будет боковой, аппарат будет иметь тенденцию замедляться быстрее, чем падать, что делает траекторию все более крутой. Когда это происходит, применяются эффекты подъема других ответов.

На самом деле это происходит часто, просто обычно не специально. МКС, например, очень медленно сходит с орбиты (из-за сопротивления воздуха). Вот почему его несколько раз приходилось поднимать на более высокую орбиту.

Также обратите внимание, что это должно происходить очень постепенно. Если вы находитесь на круговой орбите, а затем горите ретроградно, вы окажетесь на эллиптической орбите, что приведет к далеким и близким проходам к планете (что может быть ошибочно принято за пропуск ее атмосферы).

Существует огромная разница между потерей высоты МКС и возвращением космического корабля в атмосферу. Очень разреженный одноатомный кислород против плотного воздуха. Без учета отопления ваш ответ, боюсь, бессмысленен.
@DeerHunter в исходном вопросе звучит так: «Итак, мой вопрос в том, почему невозможно постепенно, мягко сходить с орбиты, используя неглубокую глиссаду?» Я отвечаю ровно на то, что спрашивают. Кроме того, потеря высоты МКС является формой повторного входа/спуска с орбиты . Тот факт, что заметного нагревания не происходит, не имеет значения. Кроме того, этот пример показывал, как предотвращается (полный) повторный вход .
Почему нельзя сходить с орбиты в мелкой глиссаде?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v