Как космический шаттл замедляется при входе в атмосферу, спуске и посадке?

Если вас интересует более наглядное и менее техническое объяснение входа и посадки космического корабля "Шаттл", я выступил с докладом под названием "Как посадить космический челнок... из космоса " на встрече Stack Overflow в октябре 2016 года.

Я не замечал этот вопрос до тех пор, пока пару дней назад, но как человек с нездоровой одержимостью конкретно фазами входа и посадки шаттлов, я могу сказать, что в других ответах здесь много фактически неверной информации. Посмотрим, смогу ли я объяснить это лучше.

Во-первых, два простых вопроса, на которые хорошо ответили другие вопросы, но я также включу сюда для полноты картины:

• Может ли шаттл уйти на второй круг? Нет. Двигатели СУО слишком слабы, чтобы влиять на атмосферу, а основные двигатели (которые были бы достаточно мощными) питаются только от оранжевого внешнего бака, который сбрасывается после запуска.
• Где он приземлился? 78 миссий приземлились в Космическом центре Кеннеди, 54 (включая первую) на базе ВВС Эдвардс и 1 в Уайт-Сэндс . Были и другие посадочные площадки, предназначенные для аварийных ситуаций, но ни одна из них так и не использовалась.

Теперь действительно большой вопрос, как шаттл снова вошел в атмосферу и приземлился.

Основным источником, который я собираюсь процитировать в этом ответе, является рабочая тетрадь 21002 по входу, TAEM и заходу на посадку / посадке, которая использовалась для обучения космонавтов. К сожалению, у меня нет ссылки на него, но его можно получить на сайте nasaspaceflight.com по подписке L2 , если вам действительно интересно. Я буду сокращать этот источник как ETAGW .

Орбитальная механика

Во-первых, очень быстрый урок орбитальной механики. Чтобы изменить высоту своей орбиты, вы изменяете скорость ($\Delta v$). Если вы увеличите скорость, вы увеличите высоту, а если уменьшите скорость, вы уменьшите высоту. Однако этот эффект наиболее заметен при повороте на 180° от того места, где вы внесли изменение. После полного круга на 360° вы окажетесь примерно на той же высоте, с которой начали.

Это иллюстрирует эффект:

Начиная с круговой орбиты (черный), если вы замедлитесь в точке А, вы можете получить что-то вроде красной орбиты, а если вы ускоритесь, вы можете получить что-то вроде синей орбиты.

Деорбит Берн

Из-за природы орбитальной механики, как описано выше, вы хотите выполнить маневр ухода с орбиты на противоположной стороне планеты от предполагаемого места посадки. Обычно это происходило над Индийским океаном при посадке в Космическом центре Кеннеди во Флориде.

Само сжигание было выполнено с летающим хвостом шаттла вперед и белой (верхней) стороной, обращенной к Земле (тепловой экран / черная сторона, обращенная к космосу). Два двигателя OMS (орбитальная система маневрирования) использовались для выполнения требуемого$\Delta v$(где-то между 200 и 550 футов/сек в зависимости от начальной высоты). Ожог обычно занимал от 2,5 до 3 минут. Это понизило бы перигей (самую низкую точку на орбите вокруг Земли) до нескольких миль от земли (мне трудно найти источник, но я, кажется, помню, что это было около 30-40 миль), что было достаточно для обеспечения орбитальный путь приведет их в плотную атмосферу.

^{Источник изображения}

Двигатели OMS представляют собой более крупные версии реактивных двигателей RCS (система управления реакцией). Струи RCS использовались для изменения вращения (отношения) и небольшого перемещения (скорости в заданном направлении). OMS использовались для изменения орбиты.

Обе системы сжигали одну и ту же гиперголическую смесь (монометилгидразин (ММГ) и четырехокись диазота (N2O4)). Если бы OMS вышла из строя, реактивные двигатели RCS теоретически можно было бы использовать для замедления шаттла, достаточного для входа в атмосферу.

Переворот носа

В некоторых ответах говорилось, что орбитальный аппарат наклонится на 140 ° для переворота. Это неправильно. После завершения маневра ухода с орбиты орбитальный аппарат будет наклоняться примерно на 220 °, пока не достигнет угла атаки с поднятым носом 40 ° (называемого «положением EI-5», потому что они должны находиться в этом положении не менее пяти минут. перед входным интерфейсом).

У них есть около 20 минут между спуском с орбиты и EI-5, так что есть много времени, чтобы сделать шаг в любом направлении. Нос вверх , вероятно, был предпочтительнее, потому что выхлопные отверстия ВСУ направлены вверх рядом с хвостом. Это, естественно, заставляет орбитальный аппарат увеличивать тангаж, когда работают APU.

Во время этого тангажа они запускали передние реактивные двигатели RCS, чтобы сбросить все переднее топливо, если только это не требовалось по причинам центра тяжести. Передние реактивные двигатели RCS не использовались при входе в атмосферу, а сброс топлива снижает потенциальную опасность для космонавтов.

Оказавшись на позиции, начнется наведение по входу без обратной связи, удерживая орбитальный аппарат при крене 0 ° (уровень крыльев), рыскании 0 ° и угле атаки 40 ° (альфа).

Входной интерфейс

НАСА определяет входной интерфейс (EI) как высоту 400 000 футов. В атмосфере нет резкого края, но это примерно на высоте, где ее эффекты начинают проявляться напрямую.

S-повороты

В некоторых ответах утверждалось, что шаттл использовал S-образные повороты для замедления. Это очень распространенное, но чрезмерно упрощенное и, возможно, неточное объяснение.

«В следующий раз, когда вы услышите, как кто-то говорит о том, что шаттл переворачивается, чтобы стравить энергию, не слушайте. Шаттл переворачивается, потому что у него очень маленькая альфа-огибающая ». — ETAGW 2.8.1 (выделено из оригинального источника)

Как и у любого самолета, крылья шаттла создают подъемную силу. По мере того, как атмосфера становится более плотной, крылья будут создавать большую подъемную силу, и эта восходящая подъемная сила приведет к замедлению скорости снижения. На самом деле, если бы шаттл сохранял положение на уровне крыльев, он в конечном итоге начал бы набирать высоту, заставляя его несколько раз «прыгать» через атмосферу, пока он не стал бы достаточно медленным, чтобы провалиться. И хотя технически пропуск повторного входа возможен, его будет очень трудно контролировать с какой-либо точностью.

Итак, вместо этого, когда приличный курс начинает замедляться, шаттл уходит в банк. Контролируя угол крена, они могут контролировать подъемную силу крыльев вверх и, соответственно, скорость снижения.

^{ETAGW Рисунок 2-5, иллюстрирующий вектор подъемной силы.}

Или, конечно, если вектор подъемной силы направлен вбок, а не вверх, шаттл начнет разворачиваться. Из-за невероятной скорости радиус поворота огромен, но тем не менее он постепенно поворачивается, и у орбитального аппарата возникает ошибка азимута (разница между текущим направлением орбитального аппарата и направлением на место посадки).

^{ETAGW Рисунок 2-3, иллюстрирующий ошибку азимута.}

Чтобы исправить эту ошибку азимута ($\Delta z$), орбитальный аппарат выполняет «разворот по крену». Другими словами, он поворачивается в другую сторону. Эти повороты создают характерную траекторию повторного входа в S-поворот.

Первый разворот всегда происходит на 10,5°.$\Delta z$. Последующие развороты происходят при 17,5 ° до 4 Маха, когда он начинает снижаться до 10 ° при 3 Маха.

Примечание: все числа Маха, приведенные где-либо в этом ответе или упомянутые где-либо в материалах Space Shuttle, не являются истинными числами Маха. НАСА использует 1000 футов в секунду как приближение к 1 Маха, и все числа Маха кратны этой скорости.

Ранжирование

Очевидно, что конечной целью повторного входа в атмосферу является достижение намеченной взлетно-посадочной полосы на подходящей для посадки скорости. Хотя у орбитального корабля нет двигателей, которые помогли бы это сделать, он обладает огромным количеством орбитальной энергии. Поэтому целью становится управление энергопотреблением и, более конкретно, управление сопротивлением.

У орбитального аппарата есть два способа повлиять на сопротивление при входе: изменение угла атаки (альфа) и изменение угла крена.

Угол атаки - самый быстрый способ увеличить или уменьшить сопротивление, но орбитальному аппарату разрешалось отклоняться только на ± 3 ° от номинальной альфы (40 ° для большей части входа). Это «очень маленькая альфа-оболочка», о которой упоминалось ранее. Ограничение предназначено для обеспечения надлежащей защиты от перегрева и сохранения контроля над транспортным средством.

Изменение угла крена, как описано выше, позволяет контролировать скорость снижения. Более крутой угол крена приведет к более быстрому достижению более густого воздуха и, следовательно, к увеличению сопротивления. Меньший угол крена позволит орбитальному аппарату дольше оставаться в разреженном воздухе, что приведет к меньшему сопротивлению. Однако для того, чтобы увидеть эффект изменения банка, требуется немного больше времени, чем изменение альфа-канала.

Существуют также ограничения по углу крена, потому что, опять же, вы не хотите выпрыгивать из атмосферы, и вы не хотите падать в густой воздух так быстро, что это превысит максимальное сопротивление, которое может выдержать транспортное средство, но это конверт больше, чем альфа-пределы. Фактически, на ранних этапах входа орбитальный аппарат мог даже лететь вверх ногами (с вектором подъемной силы, направленным к Земле), если это необходимо, из-за недожога в результате неисправности во время спуска с орбиты.

Этапы сопровождения при входе

Я не буду вдаваться в подробности о наведении на вход, но скажу, что основные соображения меняются по мере изменения скорости и высоты, и наведение на вход разбито на этапы, чтобы отразить это.

^ЭТАГВ

На приведенном выше графике средняя линия представляет собой номинальный профиль. Самая нижняя линия - это профиль «равновесного планирования», который представляет собой минимальное сопротивление, которое должен поддерживать орбитальный аппарат, чтобы избежать набора высоты и прыжка. Линия в левом верхнем углу представляет тепловой предел (если орбитальный аппарат превысит его, он может сгореть). Линия в правом верхнем углу представляет собой предел динамического давления (если орбитальный аппарат превысит его, он может разрушиться из-за аэродинамических сил).

1. Предварительный вход : это считается наведением без обратной связи, потому что все, что он делает, это поддерживает 0 ° рыскания, 0 ° крена и 40 ° альфа до тех пор, пока общий коэффициент перегрузки не станет 0,132 г (приблизительно 3 фута / сек ² сопротивления), после чего закрывается -петля наведения начинается.
2. Контроль температуры : начинается при наведении по замкнутому контуру и заканчивается при скорости 19 Маха. Пытается поддерживать постоянную температуру в пределах проектных ограничений орбитального аппарата.
3. Equilibrium Glide : Просто обеспечивает мост между фазами контроля температуры и постоянным сопротивлением. Он заканчивается, когда сопротивление достигает 33 фут/сек ² . Он назван так потому, что его форма похожа на профиль равновесного скольжения.
4. Постоянное сопротивление : Поддерживает постоянную скорость сопротивления 33 фута/сек ² до тех пор, пока скорость не достигнет 10,5 Маха.
5. Переход : предназначен для перехода от высокого лобового сопротивления и высокой альфы входа к более низкому лобовому сопротивлению и более низкой альфе, необходимым для того, чтобы орбитальный аппарат летал больше как самолет. Эта фаза заканчивается на скорости 2,5 Маха, когда начинается TAEM.

ТАЕМ

TAEM расшифровывается как управление энергопотреблением на территории терминала. Цель на этом этапе состоит в том, чтобы выровнять орбитальный аппарат по взлетно-посадочной полосе с правильным количеством энергии, чтобы совершить последний заход на посадку. Опять же, я не буду вдаваться в подробности (не стесняйтесь задавать другие вопросы, если хотите), но вот суть:

Если все пойдет хорошо на начальном этапе, TAEM начнется примерно на высоте 82 000 футов и в 60 морских милях от взлетно-посадочной полосы (предполагаемый путь по земле, а не расстояние по прямой).

В то время как управление входом в основном использует угол крена для управления энергией, TAEM в основном использует угол атаки. Ниже 1 Маха спидбрейк (раздельный руль направления) также помогает управлять энергией.

^{Источник: НАСА .}

Этапы ТАЕМ:

1. S-поворот : обычно не требуется, но шаттл будет выполнять S-повороты, если в начале TAEM у него слишком много энергии (слишком высоко или слишком близко к взлетно-посадочной полосе).
2. Захват : поворачивает орбитальный аппарат к точке касания конуса выравнивания курса (HAC), а затем летит на уровне крыльев, пока не перехватит HAC. Точка касания называется «путевой точкой 1» (WP1). Во время этой фазы орбитальный аппарат замедляется до скорости ниже 1 Маха, и в этот момент командир берет CSS (управление с помощью джойстика), что наиболее близко к «ручному» режиму шаттла.
3. Выравнивание курса : направляет орбитальный аппарат вокруг виртуального «конуса» (см. схему ниже), пока он не выровняется с взлетно-посадочной полосой. С математической точки зрения это не совсем конус, но это самый простой способ его визуализировать.
4. Prefinal : устанавливает орбитальный аппарат на внешней глиссаде.

^{ETAGW Рисунок 3-13, иллюстрирующий HAC.}

Заход на посадку и посадка

Заключительный этап наведения называется «Заход на посадку и посадка». Он начинается, когда орбитальный аппарат находится ниже 10 000 футов и устанавливается на внешней глиссаде (OGS), но не позднее 5000 футов независимо от глиссады.

OGS имел глиссаду 20 ° для «легких» орбитальных аппаратов (полная масса менее 222 000 фунтов) или 18 ° для «тяжелых» орбитальных аппаратов (для сравнения, обычные самолеты используют глиссаду 3 °). Тяжелый или легкий зависел от того, что было в грузовом отсеке. Номинальная точка прицеливания для OGS находилась на расстоянии 7500 футов от порога взлетно-посадочной полосы, но также существовала «ближняя» точка прицеливания на высоте 6500 футов, которая использовалась в случае достаточно сильного встречного ветра.

Скоростной тормоз использовался для поддержания 300 KEAS ( эквивалентная скорость полета в узлах - это фактически то же самое, что и указанная воздушная скорость) на OGS до 3000 футов, после чего он рассчитывал, сколько скоростного тормоза требуется для посадки, и перемещался в это положение. Он будет пересчитан еще раз на высоте 500 футов.

На высоте 2000 футов орбитальный аппарат должен был начать «предварительный маневр», предназначенный для перехода от OGS к пологой внутренней глиссаде 1,5 ° (IGS). Это было достигнуто с помощью кругового подтягивания с последующим экспоненциальным спадом на IGS.

^{ETAGW Рисунок 4-8, иллюстрирующий геометрию предвспышки.}

В действительности, IGS не следует долго, и это скорее руководство для того, чтобы убедиться, что вы пересекаете порог взлетно-посадочной полосы по правильной траектории и занимаете позицию, чтобы начать последнюю ракету, которая, по сути, такая же, как обычная посадочная ракета в обычный самолет, за исключением того, что шаттл приземляется под гораздо большим углом атаки (около 8 °) из-за треугольных крыльев (больше похож на Конкорд).

Шасси было развернуто на высоте 300 футов, и если вас интересует шасси, я однажды написал целый ответ о развертывании шасси .

Целевая точка приземления находилась на высоте 2500 футов над взлетно-посадочной полосой при воздушной скорости 195 узлов для легких орбитальных аппаратов или 205 узлов для тяжелых (в пределах +5/-10 узлов).

Тормозной парашют (добавление, сделанное в начале 90-х) разворачивался вскоре после приземления основного шасси, но не быстрее 195 узлов, а иногда ждали приземления переднего шасси при боковом ветре. Он будет сброшен на скорости 60 узлов, чтобы гарантировать, что механизм крепления парашюта не заденет и не повредит главные двигатели.

Контроль

(например, как шаттл смог изменить отношение?)

На раннем этапе орбитальный аппарат по-прежнему управляется как космический корабль, используя реактивные двигатели RCS для управления ориентацией. По мере увеличения динамического давления (q-бар) аэродинамические поверхности начинают активизироваться, и струи RCS отключаются следующим образом:

• q-bar = 0,5 фунта/фут ² (psf), элевоны начинают действовать как триммер.
• q-bar = 2 psf, элевоны начинают действовать как активные рули.
• q-bar = 10 фунтов на квадратный фут, роликовые форсунки RCS отключены.
• q-bar = 40 фунтов на квадратный фут, струи шага RCS отключены.
• На скорости 10 Маха спидбрейк открывается по предварительно запрограммированному графику, чтобы действовать как триммер по тангажу.
• 5 Маха становится активным руль направления, первоначально действующий в основном как триммер элеронов.
• 1 Маха, реактивные двигатели RCS отключены.

Навигация

(например, как шаттл узнал, где он находится?)

Навигация, в терминах НАСА, в основном означает знание того, где вы находитесь (навигация отвечает на вопрос «как мне добраться туда, куда я хочу?»). Во время входа шаттл в основном использовал инерциальные навигационные устройства , которые были выровнены с помощью звездного трекера перед уходом с орбиты. По мере приближения к месту посадки он также мог включать сигналы GPS и/или TACAN в навигационные данные. На OV-105 (также известном как Space Shuttle Endeavour) было установлено три модуля GPS и не было TACAN, тогда как на других орбитальных аппаратах было установлено три TACAN и один модуль GPS.

На HAC, где-то на высоте от 15 до 20 тысяч футов, орбитальный аппарат подберет микроволновую систему посадки (MLS), которая действует как очень высокоточная ILS. Благодаря этому они могут определять свое положение с высокой точностью и аккуратностью. После получения он становится основным источником навигационных данных на оставшуюся часть полета.

На видео приземления вы можете точно увидеть, когда они подхватывают MLS, потому что лента высоты сначала не дергается, а затем немного подскакивает и становится плавной. Например, смотрите здесь примерно на отметке 20к (лента высот справа).

Ниже 5000 футов орбитальный аппарат также мог использовать радиовысотомер для получения информации о высоте.

Это, вероятно, больше информации, чем вы искали, но если у вас есть вопросы о вещах, которые я не затронул или недостаточно подробно описал, не стесняйтесь задавать для них отдельные вопросы.

Процедура повторного входа космического корабля в атмосферу Земли примерно следующая:

1. Шаттл обычно летит вверх ногами, вертикальным хвостом к земле и носом в направлении полета.

2. Шаттл сначала сходит с орбиты, развернувшись на 180 градусов.$^{\circ}$(по оси рыскания) и запуск двигателей, тем самым снижая скорость, процедура, называемая повторным запуском (или уходом с орбиты).

3. Затем шаттл «переворачивается» на ~140$^{\circ}$(по оси тангажа), так что он входит в атмосферу на отметке 40$^{\circ}$.

4. В этот момент атмосфера начинает сгущаться, а днище шаттла нагревается. Из-за очень большого угла атаки шаттл создает сильное сопротивление, что помогает снизить скорость.

5. Затем следует серия крутых S-образных поворотов на угол до 70°.$^{\circ}$банка выполняются, сохраняя при этом 40$^{\circ}$угол атаки. Это сделано для того, чтобы снизить скорость.

6. После завершения последнего (кренового) разворота управление шаттлом берет на себя командир (до сих пор он находится под управлением пилота), который «управляет» шаттлом (под отрицательным углом атаки до выравнивания) и приземляется. на взлетно-посадочной полосе.

Источник: zlutykvet.cz

Система управления полетом шаттла состоит из следующих компонентов:

• Маневренные двигатели

• Элевоны

• Закрылки тела

• Раздельный руль направления (действовавший как тормоз скорости).

Источник: quest.arc.nasa.gov.

Реверсивных двигателей не было. Шаттл обычно приземлялся в Космическом центре Кеннеди во Флориде или на его резервной посадочной площадке на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии; Повторный вход был путешествием в один конец. Ухода на второй круг не было, поскольку космический шаттл был, по сути, очень высокотехнологичным, хотя и неэффективным планером во время входа в атмосферу и приземления.

После приземления через секунду раскрывается пилотный парашют, открывающий основной парашют, который замедляет движение шаттла. После остановки челнока тормозной парашют сбрасывается.

Источник: spacehuttleguide.com

Чтобы начать процесс посадки, шаттл выполняет уход с орбиты.

Когда приходит время возвращаться на Землю, орбитальный аппарат поворачивается хвостом вперед в направлении движения, чтобы подготовиться к очередному запуску двигателей системы орбитального маневрирования. Это срабатывание называется уходом с орбиты. Время воспламенения (TIG) обычно составляет около часа до посадки. Горение длится три-четыре минуты и замедляет шаттл достаточно, чтобы начать снижение.
_{^{Все цитаты из НАСА}}

Чтобы снизить скорость один раз в атмосфере

Чтобы израсходовать избыточную энергию, орбитальный аппарат выполняет серию из четырех крутых виражей, переворачиваясь на целых 80 градусов в одну или другую сторону, чтобы замедлиться. Серия кренов придает траектории движения шаттла к посадке вид, похожий на вытянутую букву «S».

Для управления шаттлом в атмосфере Земли

В начале входа в атмосферу ориентация орбитального аппарата контролируется задними рулевыми двигателями, которые являются частью системы управления реакцией. Но во время спуска аппарат летит не как космический корабль, а больше как самолет. Его аэродинамические поверхности — закрылки и руль направления — постепенно активизируются по мере увеличения давления воздуха. Когда эти поверхности становятся пригодными для использования, рулевые форсунки автоматически отключаются.

Чтобы уйти на второй круг

Во время входа и посадки орбитальный аппарат не приводится в действие двигателями. Вместо этого он летает как высокотехнологичный планер , полагаясь сначала на свои рулевые форсунки, а затем на свои аэродинамические поверхности, чтобы управлять воздушным потоком вокруг себя. ^{Акцент мой}

т.е. это планер, уход на второй круг невозможен.

Где приземляется: На землю, конечно!
Более серьезно,

• Основной посадочной площадкой для большинства миссий шаттлов была посадочная площадка шаттлов на мысе Канаверал .
• База ВВС Эдвардс на взлетно-посадочной полосе Роджерс-Драй-Лейк была запасной. Эдвардс также был основным местом посадки для первых нескольких (10 или более?) миссий шаттла.

Другие альтернативные посадочные площадки включали:

• Ракетный полигон Уайт-Сэндс (единственное другое место, которое можно использовать)
• База ВВС Ванденберг
• Аэропорт Линкольн / База ВВС Национальной гвардии Линкольн .
• Другие места были местами аварийного прерывания для использования до того, как шаттл покинет атмосферу Земли.

Источник: http://science.howstuffworks.com/space-shuttle7.htm

Когда миссия завершена и шаттл проходит полмира от места посадки (Космический центр Кеннеди, авиабаза Эдвардс), ЦУП дает команду вернуться домой, что побуждает экипаж:

1. Закройте двери грузового отсека. В большинстве случаев они летали носом вперед и вверх ногами, поэтому затем запускали двигатели RCS, чтобы сначала повернуть хвост орбитального аппарата.
2. Как только орбитальный аппарат оказывается хвостом вперед, экипаж запускает двигатели OMS, чтобы замедлить орбитальный аппарат и вернуться на Землю; потребуется около 25 минут, прежде чем шаттл достигнет верхних слоев атмосферы.
3. В это время экипаж запускает двигатели RCS, чтобы наклонить орбитальный аппарат так, чтобы нижняя часть орбитального аппарата была обращена к атмосфере (около 40 градусов), и они снова двигались носом вперед.
4. Наконец, они сжигают оставшееся топливо от переднего RCS в качестве меры предосторожности, потому что эта область сталкивается с самой высокой температурой входа в атмосферу.

Здесь происходит то, что скорость, с которой Шаттл летит вокруг Земли, то есть скорость, которая удерживает его на орбите, уменьшается за счет запуска ракет в противоположном направлении. Как только скорость снижается достаточно, Шаттл начинает падать с орбиты и обратно на Землю. Он еще не начал сталкиваться со значительным количеством атмосферы на шаге 4 выше.

Поскольку он движется со скоростью около 17 000 миль в час (28 000 км/ч), орбитальный аппарат сталкивается с молекулами воздуха и накапливает тепло от трения [так в оригинале] (приблизительно 3000 градусов по Фаренгейту или 1650 градусов по Цельсию).

Это следующая фаза «замедления». На данный момент, имея в виду шаг 4 выше, у шаттла нет топлива и нет возможности запитать себя. Теперь это планер, падающий из космоса. Когда Шаттл начинает сталкиваться с молекулами воздуха, сжатие воздуха выделяет тепло (в большей степени, чем трение — ошибка в приведенном отрывке), что мы можем рассматривать как передачу энергии от кинетической к тепловой. Потеря кинетической энергии — это снижение скорости Шаттла, поэтому Шаттл теперь замедляется до атмосферных скоростей. Это немного сложно, потому что Шаттлу нужен воздух, чтобы замедлить его, но слишком быстрое попадание слишком большого количества воздуха может привести к быстрому нагреву и разрушению Шаттла. Правильный угол падения с атмосферой является ключом к контролю скорости нагрева по сравнению с замедлением.

Когда вход в атмосферу успешен, орбитальный аппарат сталкивается с основным воздухом атмосферы и может летать как самолет [так в оригинале]. Орбитальный аппарат выполнен по схеме несущего корпуса со стреловидными назад крыльями типа «треугольник». Благодаря такой конструкции орбитальный аппарат может создавать подъемную силу с небольшой площадью крыла. В этот момент бортовые компьютеры управляют орбитальным аппаратом. Орбитальный аппарат делает серию S-образных поворотов, чтобы снизить скорость снижения , когда он начинает свой последний подход к взлетно-посадочной полосе.

На данный момент орбитальный аппарат на самом деле является планером, а не самолетом. У него нет таких сложных управляющих поверхностей, как у многих самолетов, поэтому для его замедления используются S-образные повороты.

Когда орбитальный аппарат находится на высоте 2000 футов (610 м) над землей, командир поднимает нос, чтобы замедлить скорость снижения . Пилот выпускает шасси, и орбитальный аппарат приземляется. Командир тормозит орбитальный аппарат, и тормоз скорости на вертикальном оперении открывается. Парашют раскрывается сзади, чтобы помочь остановить орбитальный аппарат. Парашют и тормоз скорости на хвосте увеличивают сопротивление орбитальному аппарату. Орбитальный аппарат останавливается примерно на полпути или на три четверти пути вниз по взлетно-посадочной полосе.

Таким образом, хотя у «Шаттла» и есть система пневматического торможения в хвостовой части, она обычно не используется до приземления.

Как отмечалось в другом месте, нет возможности уйти на второй круг. Как только спуск с орбиты проходит через определенный момент, повторный вход в атмосферу и посадка полностью совершены. Учитывая этот факт, а также тот факт, что весь процесс управления скоростью, выстраивание в линию для приземления, выравнивание, приземление и разворот до остановки должны происходить правильно с первого раза с не очень большой погрешностью, мы можем быть впечатлены тем, как мы никогда не теряли шаттл в процессе посадки и только один шаттл при входе в атмосферу.

Если дать менее научную версию того, что уже было сказано: нет необходимости значительно снижать скорость перед повторным входом в атмосферу, так как повторный вход и есть способ снижения скорости. И шаттл не будет горячим перед входом в атмосферу, а скорее вход в атмосферу нагревает его.

Более подробно: Да, Шаттлу нужно снизить скорость перед посадкой. Но причина его высокой скорости не в том, что он падает с такой большой высоты. Скорее, это не так уж и высоко: AFAIK типичная орбита Шаттла составляет около 150 км над землей. Если вы сравните это с диаметром Земли в более чем 13000 км, орбита Шаттла на самом деле довольно близка к земле. Причина его высокой скорости (около 5 миль в секунду ) относительно земли заключается в том, что ему нужна эта скорость, чтобы оставаться на орбите и не падать. Вот почему Спейс Шаттл садится на такую ​​огромную ракету при старте: нужно не столько поднять шаттл высоко вверх, сколько придать ему ту огромную скорость, которая необходима для удержания на орбите.

Но вы не можете посадить шаттл на такой скорости, поэтому шаттл должен замедлиться перед посадкой. Как ты это делаешь? Было бы неплохо использовать еще один ракетный ускоритель. Но это означало бы выведение на орбиту огромного количества ракетного топлива. А для этого, в свою очередь, потребуются гораздо большие ракеты при запуске, чтобы поднять и ускорить массу, добавленную к Шаттлу этими «тормозными» ракетами. Вместо этого Шаттл использует другой подход: он лишь немного замедляется («ожог с орбиты», объясненный в других хороших ответах) с помощью своих двигателей. Таким образом, он не может поддерживать свою орбиту и приближается к Земле и ее атмосфере. Ожог при сходе с орбиты существенно не снижает скорость шаттла, но в атмосфере его скорость вызывает значительное сопротивление.

1. Космический челнок замедляется во время входа в атмосферу, используя свою нижнюю часть, летя под очень крутым углом атаки. Вот несколько изображений, иллюстрирующих, как это выглядит. При повторном входе выделяется много тепла, и на нижней стороне есть специальные термостойкие плитки, чтобы справиться с этим.
2. Во время входа в атмосферу шаттл не так сильно «летает», используя свою нижнюю часть для замедления. На этом этапе обычные закрылки, спойлеры и обратная тяга мало что давали. Вход в атмосферу обычно относится только к той части, где шаттл входит в атмосферу. Через некоторое время, когда скорость достаточно уменьшится, шаттл начнет летать как обычный самолет и использует обычное управление. Эта фаза обычно не называется повторным входом. Когда он действительно приземлился, у него есть парашют, который замедляет его, а также обычные колесные тормоза, которые помогают замедлить его. Двигатели при посадке не работают, реверса тяги нет.
3. У шаттла нет возможности уйти на второй круг.
4. Шаттл обычно приземляется в Космическом центре Кеннеди, а первые и некоторые более поздние миссии приземлялись на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии. Одна миссия приземлилась на базе Уайт-Сэндс в Нью-Мексико. В Википедии больше информации

Беглый взгляд на страницу Space Shuttle в Википедии ответит на все ваши вопросы.

Кстати, Спейс Шаттл (точнее, орбитальный аппарат (последний полет был в 2011 году) ничем не отличался от любого другого космического корабля/капсулы/орбитального аппарата/и т. д.: при входе в атмосферу использовалось аэродинамическое сопротивление для замедления корабля.

Орбитальный аппарат представлял собой несущий корпус с элеронами/рулями высоты и рулем направления, который также работал как скоростной тормоз. Орбитальный аппарат был «планером» во время входа в атмосферу без двигательной установки, поэтому об уходе на второй круг не могло быть и речи.