Википедия утверждает (хотя и без цитирования), что для того, чтобы космический шаттл приземлился, на орбите была применена начальная дельта-v со скоростью 322 км / ч, ретроградная по отношению к орбите шаттла. 322 км/ч равно 89,4 м/с. Это привело к тому, что орбита опустилась в атмосферу, что в конечном итоге привело к полной остановке шаттла на земле (или такова была общая идея; как мы знаем, это не всегда срабатывало идеально).
Organic Marble указывает на Руководство по эксплуатации экипажа шаттла , в котором говорится, что
Спуск с орбиты обычно снижает орбитальную скорость корабля где-то с 200 до 550 футов в секунду, в зависимости от орбитальной высоты.
где 200 кадров в секунду — это примерно 61 м/с, а 550 кадров в секунду — это примерно 168 м/с. Учитывая эти данные и дальность действия космического челнока, 90 м/с кажется разумным значением для использования в качестве среднего значения дельта-v при сходе с орбиты при выполнении миссии.
Чего я не понимаю, так это того, как этого относительно небольшого (около 1% изменения скорости: в случае с цифрой Википедии, 90 м/с из орбитальной скорости порядка 7 км/с на низкой околоземной орбите) может быть достаточно достаточно понизить орбиту, чтобы орбитальный аппарат совершил посадку, а не просто небольшое изменение орбиты шаттла.
Почему такая маленькая дельта-v была приложена к мощности на орбите, достаточной для того, чтобы совершить посадку орбитального аппарата?
Я ожидаю, что хорошие ответы будут опираться на орбитальную механику и плотность атмосферного газа (аэроторможение), чтобы показать, почему небольшого изменения было достаточно.
Если вы просто ищете интуитивный дескриптор, попробуйте следующее:
На круговой НОО ваш орбитальный период составляет около 90 минут.
Если вы примените изменение скорости на 90 м/с, а затем подождите половину оборота — 45 минут — вы должны ожидать смещения на 90 м/с * 45 мин * 60 с/мин = 243 000 м или 243 км. .
Искажающий эффект гравитации Земли означает, что позиционное смещение, конечно, не в том направлении, в котором вы ожидаете, но оно объясняет величину.
На странице 33 1 в Руководстве по эксплуатации шаттла , официальном документе НАСА по обучению астронавтов, подтверждается, что
Спуск с орбиты обычно снижает орбитальную скорость корабля где-то с 200 до 550 футов в секунду, в зависимости от орбитальной высоты.
Спуск с орбиты был направлен не на снижение скорости орбитального корабля до небольшого значения, а на изменение параметров его орбиты, чтобы его орбита пересекала чувствительную атмосферу. В частности, он значительно понизил орбитальный перигей. В этом примере со старого сайта NASA Quest говорится, что на STS-82 спуск с орбиты изменил орбиту с 333x312 морских миль до 333x28.
Затем аэродинамическое сопротивление выполняло большую часть снижения скорости. Это сопротивление, преобразуя кинетическую энергию орбитального корабля в тепло, привело к высоким температурам при входе.
1 стр. 33 в pdf, а не внутренняя нумерация страниц документа.
Редактировать: поскольку ваш вопрос на самом деле может сводиться к тому, «как небольшой ожог может так сильно изменить перигей?», вот удобное руководство по корректировке орбиты и их эффекту.
Я думаю, что что-то визуальное может помочь
Это немного больше масштаба, чем на фотографиях большинства людей, но шаттл вращается только на расстоянии 200 миль, в то время как сама Земля имеет почти 8000 миль в поперечнике, поэтому орбита больше похожа на толстую кожуру апельсина. Это.
На картинке красная точка - корабль, толстая линия - земля, тонкие линии - расширение орбитальной траектории, а стрелка - направление его горения, если бы он не продолжал гореть, то находился бы на суборбитальном траектории и столкнулся с землей, на самом деле, даже если бы траектория была очень большой (пересекая 7500 земных миль, она все равно ударилась бы о землю на другой стороне земли), только эти последние 200 миль действительно принесут ему над поверхностью земли с другой стороны.
Поэтому, как только он окажется на орбите, все, что ему нужно сделать, это уменьшить свой орбитальный круг до тех пор, пока он не окажется достаточно далеко в атмосфере на другой стороне, чтобы иметь возможность приземлиться (поскольку атмосфера еще больше замедлит его). При уходе с орбиты он сгорает в противоположном направлении, что снижает его орбиту ровно настолько, чтобы попасть в атмосферу под правильным углом (красная орбита на втором рисунке), это никогда не будет больше, чем высота орбиты (200 миль). в данном случае), что намного меньше, чем 8000 миль земли, над которыми ему пришлось сначала подняться.
Я уверен, что для объяснения этого требуется много математики, но я думаю, что практический ответ заключается в том, чтобы просто понять масштаб.
После прожига орбитальный аппарат выходит на эллиптическую орбиту. Чтобы выполнить математические расчеты для такой орбиты, мы можем использовать уравнение живой природы , которое связывает большую полуось со скоростью орбитального аппарата:
Где G = гравитационная постоянная, = масса земли, мгновенное расстояние и является большой полуосью.
Мы можем использовать это, чтобы вычислить изменение в когда мы изменим скорость: так как практически постоянна во время мгновенного горения, и на данный момент запись сделана, так что , мы получаем
Другими словами, на каждый % изменения скорости вы получаете 2%-ное изменение большой полуоси. И поскольку ваш апогей не изменился, это изменение должно быть полностью применено к перигею. Это, в свою очередь, означает, что расстояние до центра Земли будет изменяться на 4% при каждом изменении скорости на 1% .
Подставляя числа, которые вы использовали в своем вопросе (7 км / с для орбиты, 90 м / с замедление, 7000 км большой полуоси), мы получаем изменение высоты
Поскольку орбита шаттла варьируется от 300 до 500 км в зависимости от миссии, это действительно хорошая доля высоты. Согласно этой ссылке НАСА , шаттл испытывает силу атмосферного сопротивления на высоте около 129 км (80 миль) — так что для большей части диапазона орбит действительно достаточно сброса на 360 км.
Ретроградное сжигание удаляет энергию с орбиты. Энергия орбит остается постоянной, когда они не горят, и может быть описана как:
Угловой момент также остается постоянным:
Начиная с кругового радиуса у нас есть:
Итак, теперь давайте применим снижение скорости:
Теперь это квадратное уравнение с двумя решениями для скорости. Они соответствуют афелию и перигелию:
Это означает, что радиус в перигелии будет:
Делаем расширение Тейлора на дает:
Это эквивалентно ответу Флориса.
Спасибо TildalWave за исследование последнего раздела: это соответствует уменьшение радиуса орбиты. Таким образом, для начальной высоты орбиты это соответствует орбитальному радиусу что соответствует падению . Это поместит перигелий в что значительно ниже того места, где атмосферное сопротивление может сбить что-либо с орбиты.
Формула, связывающая скорость с радиусом орбиты:
Или, переставляя это, мы получаем:
для некоторой постоянной C. Если скорость вашего шаттла уменьшится на 90/7000 м/с = примерно 1,3%, требуемый радиус орбиты должен увеличиться примерно на 2,6% ( ). Если текущий радиус орбиты составляет 4000 миль, это означает, что шаттл теперь на 2,6% x 4000 = примерно на 100 миль ниже , чем он должен находиться для поддержания круговой орбиты.
Теперь я понимаю, что не совсем точно объяснил, что произойдет с шаттлом дальше, но вы можете видеть, что это примерно правильный порядок изменения скорости, чтобы он опустился в атмосферу.
То, что вы описываете, - это ожог при сходе с орбиты. Короткий ответ заключается в том, что изменение скорости позволяет Шаттлу стать достаточно медленным, чтобы действовать как планер (упрощенно). Во время спуска Shuttle тормозит, регулируя угол для дальнейшего замедления. Шаттл также использовал парашют.
http://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/launch/landing101.html
У НАСА есть много информации по этому вопросу. Не стесняйтесь Google это.
Джеймс Дженкинс
MSalters
ХопДэвид
Томас
Дж...
CuteKItty_pleaseStopBArking