Может ли таким образом дирижабль упасть на Марс или Землю?

Я видел космический прыжок, когда кто-то преодолел скорость звука до того, как воздух замедлил его достаточно, чтобы развернуть парашют, потому что воздух был недостаточно плотным, чтобы разорвать его на части в верхних слоях атмосферы.

На Марсе: может ли дирижабль также войти в атмосферу под углом с входом в прыжке, и будет ли постепенного увеличения давления воздуха достаточно, чтобы уменьшить потребность в тормозных ракетах или теплозащитном экране?

Он будет надуваться вне атмосферы и надуваться при входе с жестким днищем.

Если для этого вход возможен только на более медленных скоростях, может ли дирижабль пролететь вокруг планеты, как прыгающий камень к воде или лыжи к воде, чтобы замедлиться, если поверхность на дне достаточно велика, а дирижабль достаточно легкий?

введите описание изображения здесь

другие связанные вопросы: https://physics.stackexchange.com/questions/293671/can-a-blimp-skip-on-the-atmosphere

Дирижабль на Земле, а планер на Марсе?

@DanPichelman Вопрос о Марсе, поэтому я предполагаю, что вы будете на орбите.
@ventsyv - мой плохой, я пропустил тег. Спасибо
Кросс-пост в PhysicsAviation , как сказал @Steve).
Между прыжком в высоту с парашютом и пребыванием на орбите или прибытием на Марс есть важное различие. Феликс Баумгартнер стартовал с места на высоте 39 км над землей; орбитальная скорость составляет 7 км/с на высоте около 400 км, а скорости межпланетного прибытия аналогичны, то есть около 20 Маха. Если вы хотите, чтобы ваш дирижабль вошел в атмосферу со скоростью звука, сначала вам нужно решить, как его замедлить. вплоть до этой относительно медленной скорости.
@djr Я бы использовал гравитацию в подходе против выстрела из рогатки, скользя по атмосфере при каждом проходе, пока орбита не ухудшится. Ретро-ракеты можно использовать до достижения атмосферы. Ретро-ракеты не понадобились бы сразу в атмосфере с дирижабля.
Я не думаю, что это достижимая траектория ... В основном, когда орбита ухудшается, вы должны перейти от орбитальных скоростей к посадке за считанные минуты. Но это решенная проблема, для этого и нужны теплозащитные экраны (включая надувной теплозащитный экран, о котором упоминал @Hobbes).
@djr, но с дирижаблем вы могли бы прыгать по планете, как камень по воде.
Это было бы решением для многоразовой ракеты вместо того, чтобы пытаться приземлиться вертикально. Возможно, и вылететь тоже можно.
Но я думаю, вы не понимаете проблемы с ретро. Использование ретроградов для компенсации орбитальной скорости 7 км/с очень дорого, поэтому все используют атмосферное сопротивление для выполнения большей части работы. На Марсе или Земле ретро-двигатели используются для замедления с десятков м/с под парашютом почти до нуля. Чтобы сделать это с помощью ретро, ​​требуется меньшая масса, чем для увеличения парашюта. Но Beagle показывает, что неретро-посадки возможны.
Использование дирижабля для входа в атмосферу обеспечит средство передвижения в атмосфере, а теплозащитный экран будет избыточной системой при аварийной посадке.

Ответы (5)

Это должно оказаться очень трудным, но я думаю, это зависит от того, как долго дирижабль будет иметь форму дирижабля. Скажу почему:

Прежде всего:
прыжок, о котором вы говорите, был пиар-мероприятием, поэтому я не буду называть имен. Однако прыжок не был входом в атмосферу из космоса, он начался в стратосфере , примерно в 25 км над землей, а низкая околоземная орбита (НОО) находится на высоте около 300-500 км.
Достичь скорости звука там (или 1 Маха) проще, потому что скорость звука меняется с высотой, а также с температурой атмосферы, как видно на этом графике из Википедии (следуйте синей кривой):

Различные температурные профили

Так что заявленная запись на самом деле является обманом.

Но теперь к вашему дирижаблю:
ваш дирижабль будет приближаться со скоростью, намного превышающей 1 Мах. Температура на Марсе примерно в 2 ниже, чем на Земле (измеряется в Кельвинах), поэтому скорость звука там тоже в 2 раза ниже. Но тогда объект, приближающийся с той же скоростью, что и на Земле, будет иметь число Маха 2 вместо 1 Маха. Или 60 вместо 30.
Это важно, потому что объекты, летящие даже с НОО на Земле, достигают чисел Маха 30 (как у бывших космический шаттл), а затем с трудом избавляются от тепла.
И чем выше число Маха и чем больше площадь поверхности вашего объекта, тем больше тепла вы выделите при входе в атмосферу. Таким образом, вы захотите сделать свой дирижабль очень компактным для входа в атмосферу Марса, а затем надуть его. Затем вам понадобятся ускорители для замедления, а также баки, чтобы дирижабль стал дирижаблем. У меня нет инженерной точки зрения на это, насколько это возможно.
Кроме того, вы должны быть ОЧЕНЬ большим дирижаблем, потому что силы плавучести линейно зависят от плотности атмосферы, окружающей дирижабль, которая примерно в 100 раз ниже, чем на Земле.
Таким образом, ваш дирижабль должен иметь 4.6 раз больше по всем осям, чтобы достичь той же стабильности, что и на Земле.

Итак, подведем итог:
дирижабль не войдет в атмосферу Марса со скоростью 1 Мах, если летит из космоса. Вам нужно заранее замедлить его, но чтобы он это пережил, дирижабль должен быть упакован. И тогда вы, возможно, захотите подумать, имеет ли вообще смысл дирижабль на Марсе.

Количество тепла, которое вам нужно отвести, зависит от атмосферного давления и скорости, а не напрямую от числа Маха. «Но тогда объект, приближающийся с той же скоростью, что и на Земле, будет иметь 2 Маха вместо 1 Маха» — это просто неправильно.
@Hobbes: Нет, это не так. М=в/к. Теперь измените c, оставив v постоянным. Кроме того, скачок плотности, давления и температуры в ударе зависит только от числа Маха. Базовая гидро.
Скорость звука равна sqrt(T), а не T, поэтому на Марсе значение составляет около 240 м/с.
@djr: достаточно честно. Однако это больше 200 м / с, если принять во внимание изменение средней молекулярной массы. И это верно только для поверхности, где вы, очевидно, не входите в атмосферу.

НАСА работает над надувным теплозащитным экраном . Не совсем дирижабль, а теплозащитный экран, который надувается до размеров, намного превышающих размер зонда, к которому он прикреплен. Дополнительная площадь помогает замедлить космический корабль. Таким образом, надувные конструкции могут выдерживать тепло при входе в атмосферу.

Поскольку плотность атмосферы Марса составляет всего 0,6% от земной, подъемная сила дирижабля будет составлять всего 0,6% от его подъемной силы на Земле.
«Гинденбург» мог перевозить на Земле 90 пассажиров . Он весил около 200 т. На Марсе он сможет перевозить около 1 пассажира. Дирижабль был бы легче (Гинденбург был жестким дирижаблем), но вы можете видеть, что вам нужна была бы смехотворно большая конструкция, чтобы обеспечить мягкую посадку. Для сравнения с текущими методами посадки: один пассажир находится в пределах грузоподъемности небесного крана Curiosity.

Вопрос о входе, а не о подъеме.
Да въезд и чего хватило бы для безопасного въезда на контролируемой скорости? Он мог посадить ракету вертикально?
Вопрос в том, чтобы обеспечить мягкую посадку без ретроракет, т.е. вертикальную скорость, близкую к 0. Для этого нужно, чтобы подъемная сила была примерно равна весу.

Да, по крайней мере, в теории, но на практике на Марсе очень мало атмосферы, поэтому ваш дирижабль должен быть огромным, или полезная нагрузка очень маленькой.

Полезная нагрузка — дирижабль/биокупол.

Что касается вашего недавнего редактирования: нет, вы не можете просто подпрыгивать в атмосфере, чтобы замедлиться на дирижабле.

В отличие от воды, между пространством и атмосферой нет четкой границы, что оставляет вам два варианта:

Фаза 1:

Вы можете замедлить скорость на очень большой высоте, где есть только слабый след атмосферы.

=> Это в конечном итоге немного уменьшит (т.е. не достаточно) вашу скорость, пока вы не войдете в фазу 2.

Это несколько раз использовалось спутниками и впервые было использовано миссией Hiten.

Фаза 2:

Чтобы создать достаточную подъемную силу для подъема и пропустить атмосферу, как вы описываете, вам также нужна существенная атмосфера. К тому времени, когда вы достигнете точки, где вы можете это сделать, вы будете выглядеть так:

STS повторный вход

Гигантский огненный шар. Дирижабль не может этого пережить, поскольку он не может позволить себе нести какой-либо значительный вес (щит), который позволил бы ему безопасно вернуться.

Промежуточного значения нет : вы не можете поддерживать высоту и постепенно замедляться, пока не достигнете приемлемой для выживания скорости.

В качестве примечания: высота орбиты зависит от скорости. Если вы уменьшаете скорость, вы уменьшаете высоту. Вот почему вы не можете этого сделать.

Это тоже не сработает: на самом деле существует разрыв между высотой, на которой вы можете иметь значительный подъем, и высотой, на которой вы начинаете гореть . Последнее выше, мы застряли, используя обычные конструкции. Единственный дизайн в стиле дирижабля, который можно было бы рассмотреть, — это тот, который вы развертывали бы с земли после приземления.
@Muze Место для комментариев — неподходящее место для новых вопросов.

Никто не пользовался XKCD? межпланетная Cessna должна дать хорошие показания:

https://what-if.xkcd.com/30/

Проблема в том, как летают дирижабли и особенно дирижабли. В среднем они менее плотны, чем окружающий их воздух, а затем всплывают в область, где воздух в среднем такой же плотный, как и дирижабль.

К сожалению, Марс имеет плотность около 1% земной атмосферы. Даже если дирижабль аккуратно надуть на поверхность, он все равно может быть плотнее окружающего его воздуха и не парить! А теперь представьте, что вы пытаетесь замедлить падение со скоростью звука в атмосфере, плотность которой едва ли достаточна для того, чтобы поднять ваш дирижабль...

Я бы дал Cessna больше шансов на выживание.

На Земле есть воздушные шары, которые могут подниматься на высоту до 40 км. Но это действительно высокие технологии. Они будут работать и на Марсе, хотя, вероятно, это все же не лучший вариант.