Предполагая, что мне нужно доставить большой груз или много людей безопасно на поверхность Земли за один раз в одноразовой капсуле типа спускаемого аппарата КМ «Аполлон» / «Союз», но большего размера, и предполагая, что капсула уже находится в космосе (поэтому запуск ее вероятно, это не проблема), что может ограничить размер капсулы? Будут ли какие-то особые преимущества у более крупной капсулы, опять же если предположить, что запуск не рассматривается?
Рассмотрим соотношение квадрат-куб. Если мы увеличим капсулу КМ Аполлона в линейном коэффициенте 2, ее поверхность увеличится в 4 раза (квадрат 2), а ее масса и объем возрастут в 8 раз (куб 2).
Но для горячей фазы входа нужна такая же длина пути в верхних слоях атмосферы. Таким образом, замедление (перегрузка) должно быть таким же, как и для исходного размера капсулы. Чтобы замедлить в 8 раз больше массы, нам нужно в 8 раз увеличить силу сопротивления. Но сила сопротивления измеряется квадратом диаметра, а не кубом. Таким образом, нам нужно большее расстояние входа в атмосферу, чтобы замедлиться, но высота атмосферы остается такой же, как и у оригинальной капсулы Аполлона.
Если форма конуса капсулы должна быть такой же, нам нужна капсула с двойным диаметром и высотой, в 8 раз больше по объему, но только в 4 раза больше по массе, чем исходная капсула Аполлона. Но это потребовало бы чрезвычайно легкой конструкции и слишком сильно ограничило бы возможную полезную нагрузку.
Если нам удастся сбросить скорость до скорости раскрытия парашюта на нужной высоте, у нас будет другая проблема. Когда мы используем 3 парашюта с двойным диаметром, вес капсулы должен быть только в четыре, а не в восемь раз больше первоначального веса. Таким образом, нам потребуется 6 вместо 3 парашютов двойного диаметра. Или 3 парашюта в 2,828 раза больше диаметра (квадратный корень из 8).
Но оба комплекта парашютов будут иметь более чем в 8 раз большую массу из-за большей площади и механических нагрузок. Так что для очень большой капсулы необходимые парашюты будут слишком тяжелыми.
@Ответ Уве отличный, и, предположительно, на вопрос
Существует ли практический максимальный размер космической капсулы, возвращающейся на Землю?
ответ в значительной степени «да», основанный на современной капсульной технологии. Космические самолеты и «ракеты с плавниками», возможно, могут быть больше, но аргумент @Uwe «квадрат-куб» все еще применим.
Я обращусь к последнему биту:
Будут ли какие-то особые преимущества у более крупной капсулы, опять же если предположить, что запуск не рассматривается?
и мой ответ «не с точки зрения простоты повторного входа», а по тем же причинам квадратного куба. Меньшие по размеру возвращаемые капсулы для автоматизированного возврата проб не должны доводить все до предела с точки зрения теплозащиты и парашютов, а меньшая масса позволяет извлекать их в воздухе .
Органический мрамор