Почему прерывание миссии в полете часто заканчивается входом в атмосферу с баллистическим ускорением?

Я вижу много упоминаний о режиме «баллистического входа в атмосферу» машины для возвращения экипажа в связи с прерыванием на этапе подъема с двигателем. В частности, Скотт Мэнли в своем видео говорит , что недавний аварийный сброс корабля " Союз МС-10 " с экипажем произошел в результате баллистического входа в атмосферу. Таблица космических происшествий в Википедии также предполагает, что прерывание миссии связано с баллистическим входом в атмосферу: Союз 33 и вышеупомянутый Союз МС-10 указаны как имевшие баллистический вход в атмосферу из-за прерывания предорбитальной миссии. 2 — небольшая выборка, но я подозреваю, что связь есть.

У меня есть лишь поверхностное представление о том, что именно представляет собой этот способ аномального спуска. Раздел в статье Википедии о процессе входа в атмосферу объясняет, что в нормальном режиме входа используется некоторая аэродинамическая подъемная сила для уменьшения ускорения при снижении (подъемная сила = восходящая составляющая аэродинамической силы = ускорение меньше, чем 1 грамм свободного падения). Чего я не понимаю, так это того, как это приводит к увеличению максимального замедления сверх 10 грамм испытываемый транспортным средством в этом «баллистическом» режиме. Возможно, на более поздней стадии спуска?

Мое, вероятно, поверхностное понимание того, что баллистическая траектория ближе к траектории, по которой тело следует без атмосферы или, по крайней мере, испытывает наименьшее возможное сопротивление (поскольку невозможно испытать истинно баллистический спуск, т.е. только гравитация, кроме как в вакууме.Связано ли это только с начальным положением корабля, или есть другие факторы, такие как низкая начальная высота спуска и очень низкая орбитальная скорость?

Я физик, хоть и академик-дезертир, поэтому математику не только легко выношу, но даже предпочитаю!

Обновление: 23 октября 2018 года С. Мэнли опубликовал видео с разумным объяснением и симуляцией Кербалом баллистического и нескольких режимов аэродинамического входа в атмосферу , заканчивая одним, напоминающим раннее отключение и прерывание ракеты-носителя МС-10 . Хотя симуляции Кербала никоим образом нельзя считать точными, они по-прежнему демонстрируют заметные различия в продолжительности спуска и пиковом замедлении.

Это обновление было сделано задолго до того, как был опубликован принятый ответ @GdD, и поэтому не отражает контекст, в котором был предоставлен этот ответ.

Возвращение — это процесс преобразования высокой орбитальной скорости в тепло. Вход в атмосферу на гиперзвуковой скорости вызывает сильное сопротивление, и эта сила вызывает сильное торможение. Чисто баллистический режим возможен только на планете без атмосферы.
Баллистический здесь как раз и означает, что спуск неуправляемый, т.е. капсула ведет себя как тупой снаряд. Это не имеет никакого отношения к тому, чтобы не учитывать сопротивление воздуха (артиллерия не будет очень точной, если вы проигнорируете это). В общем, вы хотите дольше оставаться в верхних слоях атмосферы, потому что более низкая плотность приводит к более плавному замедлению.
@Almoturg, ты прав, я, должно быть, слишком абстрактно думал о баллистике. Но артиллерия, в конце концов, откуда взялось это слово!
В общем, баллистический вход в атмосферу — это «безопасный режим» «Союза» — планирование требует определенных начальных условий и активной стабилизации. Баллистический вход в атмосферу — это пассивный режим — капсула стабилизируется за счет своей формы, а не активного управления. Экипаж тяжелее, но там практически ничего, что могло бы выйти из строя - вообще любая некатастрофическая неустойчивость при любом входе в атмосферу сведет ее к баллистической.

Ответы (2)

Когда вы находитесь на орбите, вы имеете скорость, примерно параллельную атмосфере, плоская форма, расположенная под правильным углом, может «пролететь» через нее в подъемном входе, где вы можете рассеять энергию в более разреженных верхних слоях атмосферы, прежде чем попасть в более плотную атмосферу.

Первая ступень ракеты использует большую часть своей энергии для набора высоты, поднимаясь над самой плотной частью атмосферы, где верхним ступеням не придется бороться с трением воздуха, чтобы довести полезную нагрузку до орбитальной скорости. Когда «Союз» прервался, вторая ступень еще не запустилась, большая часть его скорости была восходящей, поэтому он прошел дугу, спускаясь на высокой скорости с преимущественно нисходящей составляющей. Он поднимался вверх, как пушечное ядро, а затем опускался, как пушечное ядро, по сути, с ограниченной возможностью сбросить скорость, прежде чем столкнуться с плотным воздухом.

Спасибо, я просто хочу отметить, как удивительно думать об эффекте. Быстрый расчет огибающей (для высоты орбиты ≪ Радиус Земли, т.е. постоянный грамм ) показывает, что у вас в ≈15 раз больше кинетической энергии, чем потенциальная энергия на 200-километровой орбите (если я не ошибаюсь в своих математических расчетах, но я не могу понять, где именно). Этот скользящий маневр помогает рассеять не только вашу потенциальную энергию, но и в 15 раз больше, причем более постепенно, чем если бы вы падали прямо вниз. Ух ты. Просто вау!
GdD, я только что выложил обновление футера к Q со ссылкой на новое видео от С. Мэнли с качественными (кербаловыми) симуляциями разных режимов реэнтри. Хотя я понимаю, что он тесно связан с вашим ответом, я считаю, что должен предупредить вас, поскольку вы написали свой ответ на мой исходный вопрос без этого обновления, чтобы целостность контекста вашего ответа никоим образом не была нарушена. Я удалю обновление, если вы сочтете его неуместным; не нужно указывать причину - просто дайте мне знать, пожалуйста!

При повторном входе в аэродинамический режим время торможения увеличивается. Это будет означать, что самая высокая испытанная перегрузка будет уменьшена. Когда вход в атмосферу полностью баллистический, он менее управляем и обычно фактически происходит быстрее, что означает, что пиковое ускорение увеличивается.

Почему прерывание миссии в полете часто заканчивается входом в атмосферу с баллистическим ускорением?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v