Del cielo a la tierra (cómo proteger un satélite para que no se queme en la atmósfera). Nave espacial descendiendo desde la órbita
El transbordador Endeavour aterrizó en la Base de la Fuerza Aérea Edwards en California. Dos intentos de aterrizar la nave espacial en Cabo Cañaveral fueron cancelados debido al mal tiempo.
El descenso de una nave espacial a la Tierra se divide convencionalmente en tres etapas: desorbitación; vuelo en la atmósfera; aterrizaje real.
La mayor parte de la enorme energía cinética del aparato, desde la velocidad orbital de 7,9 km/s hasta una pequeña velocidad (subsónica), se extingue en la segunda fase: el vuelo en la atmósfera. En este caso, surgen condiciones severas de temperatura y sobrecarga. Ambos factores (calentamiento y sobrecarga) pueden ser peligrosos tanto para el vehículo como para las personas y requieren soluciones de diseño y un control especial de la trayectoria de descenso.
Si la calidad aerodinámica del vehículo (la relación entre la fuerza de sustentación y la fuerza de arrastre del avión) es cero, entonces el descenso será balístico, es decir, incontrolable, en una trayectoria empinada. Se calcula de antemano la trayectoria del descenso balístico teniendo en cuenta las características dadas de la nave espacial y los parámetros atmosféricos conocidos con cierta precisión; En base a esta trayectoria se selecciona la ubicación y el ángulo de entrada de la nave a la atmósfera, asegurando su aterrizaje en una zona determinada. La magnitud de la sobrecarga durante un descenso balístico depende casi exclusivamente del ángulo de entrada a la atmósfera (el ángulo de inclinación de la trayectoria con respecto al horizonte local). Si el ángulo de entrada es de 0,5 a 1 grados, la sobrecarga máxima alcanzará las 8 a 10 unidades. Cuanto mayor sea el ángulo de entrada, más pronunciada será la trayectoria y mayor será la fuerza g.
Para las primeras naves espaciales Vostok y Mercury, el descenso balístico era una opción estándar. Los barcos de este tipo regresaron de la órbita a lo largo trayectoria balística, ya que su cuerpo esférico prácticamente no creaba sustentación y sus cualidades aerodinámicas eran cercanas a cero. Durante un examen médico, el primer grupo de cosmonautas fue sometido a una fuerza G máxima de 12 unidades.
Si la calidad aerodinámica del dispositivo es 0,3-0,7, el descenso se denomina semibalístico o deslizante. El descenso deslizante se convirtió en una opción estándar en la próxima generación de naves espaciales. El vehículo de descenso (DA) de la nave espacial Soyuz consta de un escudo frontal en forma de segmento esférico y un cuerpo situado detrás en forma de cono truncado (“faro”). Cuando se mueve en la atmósfera, el dispositivo se equilibra en un cierto ángulo de ataque (equilibrio). Esto crea una pequeña fuerza de elevación, que le permite controlar la trayectoria de descenso. La sobrecarga máxima durante el frenado es de 4 unidades.
Si la calidad aerodinámica del vehículo es mayor que uno, entonces el descenso será planificación. Con tal descenso, hay una fuerza de elevación. El descenso deslizante facilita el aterrizaje de los astronautas, ya que proporciona un frenado más lento, lo que resulta en una reducción de la fuerza G a 3-4 unidades. Además, durante un descenso en planeo, es fundamentalmente posible controlar el alcance y la dirección del vuelo en la atmósfera, lo que permite aterrizar con mayor precisión o seleccionar la zona de aterrizaje durante el proceso de descenso.
Al realizar un aterrizaje suave en la superficie de la Luna, que no tiene atmósfera, la nave espacial es frenada por motores a reacción. Este tipo de descenso se llama descenso en jet. Recibió implementación práctica en los proyectos “Luna-9”, “Luna-17”, etc.
Finalmente, es fundamentalmente posible descenso combinado en la atmósfera, es decir un descenso en el que el frenado se realiza en acción conjunta Fuerzas aerodinámicas y fuerza de reacción.
Actualmente, el descenso balístico se considera una opción de aterrizaje de respaldo. Se introdujo como respaldo después del accidente del 5 de abril de 1975 en el sitio de lanzamiento de la nave espacial Soyuz-18 (los cosmonautas Vasily Lazarev y Oleg Makarov). En este caso, el aparato puede aterrizar a una distancia de decenas o incluso cientos de kilómetros del lugar de aterrizaje previsto. Además, durante el descenso balístico, los astronautas experimentan sobrecargas que son casi el doble de fuertes de lo normal.
El material fue elaborado con base en información de fuentes abiertas.
Este año el mundo entero celebra el cincuentenario del primer vuelo humano al espacio. Comenzar era espacial se convirtió en una victoria del pensamiento humano en muchas áreas de la ciencia y la tecnología. Uno de los problemas más importantes y difíciles fue proteger la nave espacial del sobrecalentamiento al regresar a la Tierra.
Todo el mundo sabe que los pequeños cuerpos cósmicos que caen a la Tierra desde el espacio se queman total o casi por completo en las densas capas de la atmósfera. Altas velocidades entrando a la atmósfera astronave, conducen al desarrollo de temperaturas que alcanzan los 7000-8000°C en el flujo de aire que se aproxima en su borde de ataque. No existe ningún material en la naturaleza que pueda soportar tales temperaturas. Pero es posible preservar la superficie del barco.
El primer factor que ayuda a salvar el vehículo de descenso espacial es el tiempo limitado de descenso. Los flujos de calor que entran en tal o cual cuerpo y lo destruyen, sin embargo, es posible que no tengan tiempo de completar este "trabajo" antes de que se detenga el descenso. Es este efecto el que se utiliza: para la protección térmica de naves espaciales. Para ello, en el cuerpo con afuera Se aplica un recubrimiento especial que destruido por calentamiento aerodinámico mientras absorbe algo de calor. Dado que la magnitud del flujo de calor que ingresa durante el descenso del aparato por unidad de área es bastante cierta, es posible elegir el espesor de la capa protectora del calor de tal manera que cuando se destruya, este flujo sea completamente absorbido. , y el cuerpo principal del aparato permanece intacto. Un método de protección térmica basado en un proceso predeterminado de destrucción de un material que absorbe el flujo de calor se llama enfriamiento ablativo. La posibilidad de su uso está determinada principalmente por la existencia de materiales que, cuando se destruyen, son capaces de absorber una cantidad significativa de calor y al mismo tiempo tienen una densidad específica relativamente baja y una resistencia satisfactoria.
A mediados de los años 50, cuando los especialistas en cohetes se plantearon la cuestión de la protección térmica de las ojivas de los misiles de reentrada, se desarrollaron plásticos especiales a base de resinas de fenol-formaldehído con buenas propiedades de absorción de calor. A principios de los años 60 también se desarrollaron nuevos materiales a base de resinas epoxi que, si bien no presentaban buenas propiedades ablativas, sí presentaban buenas características mecánicas y tecnológicas. Además de la fibra de vidrio, actualmente se utilizan amianto, carbono, cuarzo, grafito y algunos otros tipos de fibras.
Los plásticos reforzados se utilizan ampliamente para fabricar escudos térmicos para naves espaciales de reentrada. A pesar de la baja densidad específica de los plásticos, la masa de estas pantallas resulta significativa, por lo que, para reducirla, es recomendable elegir la forma del compartimento de descenso con una superficie menor sujeta a fuertes cargas térmicas. Adecuado para este propósito bastante bien. hemisferio, que se utiliza a menudo en la práctica.
Por ejemplo, el módulo de descenso (sonda) de las estaciones tipo Venera tiene forma esférica y está equipado con varias capas de revestimiento protector contra el calor, parte del cual se destruye durante el frenado aerodinámico y el resto protege el equipo de la sonda de altas temperaturas. temperaturas de Venus, alcanzando los 280°C en su superficie. Desde un punto de vista térmico, garantizar la seguridad de la parte material de los vehículos que descienden a la superficie de otros planetas es mucho más difícil que cuando descienden desde una órbita cercana a la Tierra. Esto se explica por el hecho de que los vehículos "extraterrestres" entran en la atmósfera de los planetas a una segunda velocidad cósmica mayor.
Para resolver el problema de la protección térmica de las naves espaciales durante su descenso en la atmósfera de los planetas, es necesario tener en cuenta algunas características balísticas del vuelo. Por ejemplo, es aconsejable dirigir la sonda para descender a la atmósfera de Júpiter a lo largo de una trayectoria suave, de modo que el punto de entrada se encuentre cerca del ecuador del planeta y la sonda se mueva en la dirección de su rotación. Esto reducirá la velocidad del vehículo en relación con la atmósfera del planeta y, por tanto, reducirá el calentamiento de su estructura. La configuración de la sonda se eligió de modo que comenzara a desacelerar a gran altura, donde la atmósfera todavía está significativamente enrarecida. Hay muchas características balísticas asociadas con el calentamiento de las naves espaciales durante su descenso, y elegir la ruta de vuelo óptima Puede considerarse legítimamente uno de los métodos de protección térmica.
El problema de la protección térmica resulta especialmente complicado en el caso de las naves espaciales reutilizables. Sus superficies desarrolladas dan lugar a una masa muy grande de revestimiento protector contra el calor ablativo. Además, la exigencia de un uso reutilizable plantea, en términos generales, la tarea de desarrollar materiales que puedan soportar las cargas térmicas resultantes sin destruirse. Por ejemplo, las temperaturas máximas en la superficie del cuerpo de una nave espacial estadounidense reutilizable son 1260-1454°C. La temperatura de funcionamiento de la aleación de aluminio con la que está hecha la carcasa no debe mantenerse por encima de 180°C. Pero incluso este valor resulta insatisfactorio para la tripulación y los instrumentos del aparato. Su mayor reducción requiere el uso de medidas adicionales: aumentar el aislamiento térmico interno de la cabina, disipar el calor mediante un sistema de control térmico, etc.
De hecho, toda la superficie del dispositivo está dividida según el nivel de temperatura en cuatro zonas, cada una de las cuales utiliza su propio revestimiento. Se utiliza material de carbono reforzado con fibra de carbono en el cono del morro y en las puntas de las alas del vehículo, donde las temperaturas superan los 1260°C. A medida que el vehículo regresa a la Tierra, este material se destruye y debe ser reemplazado por material nuevo antes de cada vuelo posterior. Cuando la temperatura no supera los 371°C, se utiliza un revestimiento protector contra el calor flexible y reutilizable. En zonas donde la temperatura de la superficie es de 371-649°C, se utiliza; también un recubrimiento reutilizable compuesto por un 99,7% de fibra de cuarzo amorfa pura a la que se le añade un aglutinante de sílice coloidal. La protección térmica de la parte de la carcasa con una temperatura de 649 a 1260 °C también se realiza mediante aislamiento reutilizable. La diferencia radica en el tamaño de las baldosas (152x152 mm con un espesor que oscila entre 19 y 64 mm).
Cabe señalar que los requisitos para los revestimientos protectores térmicos de un barco reutilizable son bastante diversos y muy complejos. Así, por ejemplo, estos recubrimientos deben tener características muy específicas. propiedades ópticas, lo necesario para mantener su temperatura durante el vuelo orbital y durante la fase de descenso. Deben soportar grandes cargas dinámicas cuando el vehículo entra en las densas capas de la atmósfera. Para resolver este problema, el material se hace poroso: los huecos ocupan el 90% del volumen de la baldosa. Como resultado, la presión en las baldosas es siempre igual a la presión ambiente Por lo tanto, todas las cargas aerodinámicas se transfieren al revestimiento de la estructura principal del barco.
En esta nota, solo abordamos los problemas de protección térmica de las naves espaciales, tratando de mostrar qué soluciones básicas al problema se propusieron durante el diseño de los primeros vehículos de descenso. La ciencia no se detiene; nuevas soluciones y nuevos materiales ayudarán a hacer realidad los sueños más locos de la humanidad sobre la exploración espacial.
Los materiales principales del artículo están tomados del libro. Salakhutdinova G.M. "Protección térmica en tecnología espacial", publicado en el portal. www.astronaut.ru
Supera la fuerza de la gravedad, atraviesa el espesor de la capa de aire y alcanza espacio exterior- no es una tarea fácil. ¿Cómo regresar del espacio a la Tierra?A primera vista, parece que el descenso de una nave espacial a la Tierra debería ser mucho más sencillo que su ascenso. Todo el mundo lo sabe bien: es difícil subir una cuesta, pero es más fácil cuesta abajo. Desafortunadamente, esta verdad simple y obvia resulta no ser del todo cierta cuando se trata del descenso de la “montaña espacial”. Consideramos el diseño de una nave espacial tripulada adecuada para vuelos de larga duración en el espacio exterior. Consta de dos partes principales: el compartimento orbital y el llamado módulo de descenso (también llamado vehículo de reentrada). Además, el barco dispone de un motor de frenado, una batería solar y otros sistemas. Todos estos componentes de la nave se envían al espacio exterior desde la Tierra. Pero no regresa toda la nave a la Tierra, sino sólo una pequeña parte de ella, la llamada módulo de descenso.
Antes de iniciar el descenso a la Tierra, todos los miembros de la tripulación de la nave espacial se trasladan al vehículo de descenso. También alberga el equipo necesario para sustentar la vida de la tripulación, así como material de observación realizado por la tripulación de acuerdo con el plan de vuelo. Las partes restantes de la nave se desacoplan del vehículo de descenso en el momento adecuado y después de un tiempo caen a la Tierra. La expresión "caer a la Tierra" no es del todo exacta. Las partes de la nave espacial que "caen a la Tierra" no llegan a la superficie terrestre. Al atravesar densas capas de aire, se calientan y arden, al igual que se queman los meteoritos de hierro y piedra que entran en la atmósfera terrestre.
El hombre visitó no sólo el espacio cercano a la Tierra, a una distancia de 200 a 300 km de la superficie de la Tierra, sino también el llamado espacio profundo. Las condiciones para el descenso a la Tierra de naves espaciales que regresan del espacio cercano y profundo no son las mismas. Al estar en el espacio exterior cerca de la Tierra, la nave se mueve a una velocidad = 8 km/s, es decir, tiene la primera velocidad de escape. A tal velocidad de movimiento alrededor del mundo, en altitudes donde no hay atmósfera o casi no hay, el barco puede ser muy largo tiempo, sin alejarse de la Tierra y sin caer sobre ella. ¿Qué hay que hacer para que la nave comience a descender a la Tierra, es decir, a caer? Para hacer esto, debes reducir la velocidad de su movimiento.
Aunque normalmente todo el mundo que regresa de un largo y viaje largo, quieres regresar a casa lo antes posible, no debes regresar del espacio apresuradamente porque reducirás demasiado la velocidad astronave No es fácil, o mejor aún, no es barato. Ya hemos dicho que cada kilogramo extra de carga en un barco es algo extremadamente indeseable. Una nave espacial que se mueve en órbita alrededor de la Tierra puede reducirse encendiendo un motor que desarrolla un empuje dirigido contra el movimiento de la nave.
Supongamos que la nave espacial y todo lo que contiene (sin combustible) tiene una masa de 3 toneladas. ¿Cuánto combustible necesita llevar la nave para reducir su velocidad de 8 a 4 km/seg?
Para reducir la velocidad del barco en 4 km/seg, es necesario encender el motor, lo que crearía un empuje dirigido en dirección opuesta a su movimiento. Supongamos que la velocidad de escape de los productos de la combustión del combustible desde la tobera del motor de frenado será igual a 3000 m/s (un valor alcanzable para los modernos motores de cohetes de propulsión líquida). La fórmula establecida por Tsiolkovsky nos permite determinar que la masa inicial de la nave espacial, es decir, su masa junto con el combustible, antes de encender el motor de frenado, debe ser de 11,4 toneladas, por lo tanto, el combustible en la nave debe ser = 8400 kg. Por lo tanto, la masa de combustible que debe quemarse en el motor de frenado supera en casi 3 veces la masa de la estructura del barco y la carga que se encuentra en ella. Este método de frenar naves espaciales es muy antieconómico y prácticamente difícil de implementar, ya que transportar una masa tan grande de combustible al espacio exterior no es fácil ni barato. Pero resultó que no es necesario frenar tanto una nave espacial que realiza un vuelo orbital para que comience su descenso a la Tierra.
Para comenzar a moverse a lo largo de la trayectoria de descenso, el barco debe perder sólo una pequeña parte de su velocidad. Basta con reducir la velocidad de la nave espacial entre 200 y 250 m/s. Para el caso que hemos considerado, es decir, para una nave espacial que pesa 3 toneladas, se puede lograr una pérdida de velocidad de 200 m/s mediante un funcionamiento breve del motor de frenado cuando quema combustible cuya masa es inferior a una décima parte de la masa del barco. Pero la nave espacial debe aterrizar a una velocidad casi cero, de lo contrario ocurrirá una catástrofe: la nave y la tripulación se estrellarán en el momento del aterrizaje. ¿Cómo se puede quitar a un barco toda o casi toda la energía cinética que posee? K. E. Tsiolkovsky indicó una forma prácticamente viable de desacelerar una nave espacial, sin desperdiciar combustible. La capa de aire de la Tierra, según Tsiolkovsky, puede desempeñar el papel de freno para las naves espaciales que regresan de un viaje interplanetario a la Tierra. ¿Frenado de aire? Tal propuesta tal vez no parezca del todo realista. Pero recuerda cómo el viento te golpea en la cara cuando bajas rápidamente esquiando. montaña empinada. Intente sacar la mano por la ventana de un automóvil mientras acelera por la carretera. El aire pasa de ser casi ingrávido e imperceptible a elástico. Tendrá dificultades para mantener la palma de su mano perpendicular a la dirección en que se mueve el automóvil.
La velocidad de la nave espacial cuando entra en la envoltura de aire de la Tierra (después de haber sido desacelerada entre 100 y 200 m/s) supera la velocidad del avión más rápido en aproximadamente 28 veces. A velocidades tan enormes, el aire presenta una gran resistencia al movimiento. Cualquier resistencia está asociada a la aparición de fricción. La fricción también ocurre cuando los cuerpos se mueven en el aire. Tome dos trozos de madera y frótelos rápidamente. - ¿Que notaste? - Los trozos de madera se calientan: esto se debe a que el trabajo de fricción realizado se ha convertido en calor. La fricción con el aire también va acompañada de la liberación de calor.
Cuando las naves espaciales se mueven en la atmósfera terrestre, no solo se produce fricción del aire. A medida que el barco atraviesa la envoltura de aire, crea una ola de aire comprimido delante de él. El aire no se comprime gradualmente, sino en un período de tiempo muy corto. ¿Qué tan grande es esta compresión? Los cálculos muestran que la presión del aire comprimido durante el movimiento de la nave espacial puede alcanzar las 50 atm. Por tu curso de física, sabes que la compresión o expansión rápida de un gas se produce prácticamente sin entrada y sin eliminación de calor, ya que, debido al poco tiempo, el calor no tiene tiempo de escapar al medio ambiente (durante la compresión) ni de transferirse. el entorno externo (durante la expansión). Estos procesos se denominan adiabáticos.
Debido a la compresión adiabática, la capa de aire situada delante de la nave espacial voladora se calienta a una temperatura elevada. La temperatura de la capa de aire comprimida por una nave espacial en vuelo puede alcanzar los 8.000° K. Se trata de una temperatura muy alta. No existen sustancias en la Tierra que puedan permanecer en estado sólido a esta temperatura. Las sustancias más refractarias comienzan a convertirse en gas o líquido a una temperatura de 4000 a 4500 ° C. ¿Podrá la nave espacial soportar tales altas temperaturas? Además, hay que recordar que hay personas dentro del barco, detrás de su casco.
Frenar una nave espacial con un freno de aire requiere el cumplimiento de ciertas precauciones; de lo contrario, la nave no solo podría reducir la velocidad, sino también quemarse antes de llegar a la Tierra. El descenso de una nave desde una órbita cercana a la Tierra comienza con su desaceleración en el espacio exterior, donde no hay aire. Para ello, se encienden durante un tiempo los motores de frenado, que desarrollan un empuje dirigido en dirección opuesta al movimiento del barco. Después de que se activan los motores de freno, la nave espacial cambia su trayectoria y comienza a descender, acercándose a la Tierra.
Una nave espacial suele volar en órbita alrededor de la Tierra a cierta distancia del límite de la capa de aire, por lo que después de frenar la nave desciende durante un tiempo a un espacio donde prácticamente no hay aire. El tiempo de descenso de la nave en un espacio sin aire no debe ser inferior a un valor determinado. Durante este tiempo, se llevan a cabo trabajos preparatorios en el barco para ingresar a la envoltura aérea. Por tanto, la altura a partir de la cual es posible cambiar la trayectoria de la nave espacial, es decir, iniciar el descenso a la Tierra, está limitada por el tiempo necesario para completarla. trabajo de preparatoria.
¿Qué se debe hacer en una nave espacial antes de que entre en la atmósfera aérea de la Tierra? Después de que el motor frena el barco, se arroja todo lo que le impide descender. Se descarta el compartimento de servicio, el motor de frenado y algunos sistemas. Esto se hace para reducir la masa de la nave espacial y, por lo tanto, reducir la cantidad de energía que debe extraerse de la nave durante su descenso a la Tierra.
Arroz. 14. El módulo de aterrizaje tiene forma de lenteja.
Los vehículos de descenso de las naves espaciales soviéticas Soyuz y de la estadounidense Apollo tienen la apariencia de lentejas (Fig. 14). La capa de protección térmica de los vehículos de descenso de estas naves espaciales se aplica de manera desigual a la superficie. En la parte frontal el espesor de la capa protectora del calor es mayor, en el lado opuesto (la parte inferior del dispositivo) es el más pequeño. Esto se hizo para reducir la masa del vehículo de descenso. Una gruesa capa de protección frontal debe soportar cargas mecánicas pesadas y garantizar la eliminación del calor procedente del aire comprimido caliente.
La protección térmica en la parte inferior del vehículo de descenso y sus superficies laterales no es propiedades mecánicas, ni tampoco en cuanto a características térmicas está diseñado para las cargas que debe soportar la parte frontal. En consecuencia, para evitar que el vehículo de descenso se destruya o se caliente a una temperatura inaceptablemente alta durante el descenso, debe entrar en la atmósfera terrestre con la parte frontal dirigida hacia adelante. Para ello, antes de entrar en la atmósfera, es necesario orientarlo adecuadamente y, en esa posición orientada, entrar en la envoltura de aire de la Tierra.
La orientación también tiene otra finalidad: garantizar que el vehículo de descenso entre en la atmósfera con un ángulo determinado. ¿Para qué sirve? El ángulo de entrada afecta una serie de parámetros del proceso de descenso. Para las naves espaciales tripuladas, el ángulo de entrada a la atmósfera está determinado por la cantidad de aceleración que una persona puede soportar. Ya hemos dicho que cuando una nave espacial se eleva al espacio exterior, surgen sobrecargas que superan varias veces el propio peso de una persona.
A diferencia del ascenso, durante el descenso la nave espacial se mueve con aceleración negativa. ¿Qué fuerzas actuarán sobre una persona en el vehículo de descenso durante su descenso? En primer lugar, la fuerza de gravedad F = mg (m es la masa del astronauta, g es la aceleración de la gravedad), dirigida hacia el centro del globo. Además, estará sometido a una fuerza elástica dirigida en sentido contrario. Estas dos fuerzas imparten una aceleración a, dirigida en dirección opuesta ~.
En consecuencia, al descender de la órbita a la Tierra, el astronauta experimenta una fuerza dirigida desde la Tierra. Esta fuerza presiona al astronauta contra el asiento de la cabina o contra el techo. En magnitud, esta fuerza supera en uno el peso normal del astronauta (su peso en reposo). Una persona puede soportar una sobrecarga, es decir, un aumento de su propio peso de 10 a 12 veces. (Por supuesto, en este caso se vuelve prácticamente inoperable). Un gran aumento de peso o, como dicen, una gran sobrecarga, es peligroso para la vida humana.
La sobrecarga que experimentan los astronautas durante el descenso del vehículo de descenso desde la órbita hasta la superficie de la Tierra depende del ángulo con el que se mueve el vehículo de descenso en la atmósfera terrestre hasta el horizonte.
Arroz. 15. Descenso de la nave espacial a la Tierra.
Consideremos dos posibles casos descenso del vehículo de descenso: primero, el vehículo se mueve a lo largo de una trayectoria empinada; el segundo: el movimiento se produce a lo largo de una trayectoria suave, formando un pequeño ángulo con el horizonte (ver Fig. 15). Evidentemente, en el segundo caso el descenso durará mucho más que en el primero. El dispositivo penetrará gradualmente en las capas subyacentes de la atmósfera y perderá velocidad gradualmente, por lo que la aceleración negativa del vehículo de descenso será pequeña. El descenso a lo largo de una trayectoria que forma un pequeño ángulo con el horizonte permite, en comparación con un descenso pronunciado, proporcionar condiciones más seguras para la tripulación, es decir, reducir las sobrecargas a límites fácilmente tolerables por el cuerpo humano.
Sin embargo, el ángulo de descenso no puede ser demasiado pequeño, ya que en este caso surge otra amenaza para la seguridad de la tripulación, asociada al sobrecalentamiento.
Consideremos cómo la forma de la trayectoria de vuelo del vehículo de descenso afecta su calentamiento. Ya hemos dicho que la mayor parte de la energía cinética y potencial que posee una nave espacial durante su vuelo orbital en el espacio exterior se convierte en energía interna. ¿Cómo se calentará el vehículo de descenso al descender a la Tierra a lo largo de una trayectoria empinada, en comparación con moverse a lo largo de una determinada curva ubicada en un pequeño ángulo con respecto al horizonte? Durante un descenso pronunciado, el vehículo de reentrada desacelera más rápido y, como resultado, pierde energía más rápidamente. Al descender por una curva suave, el dispositivo permanece más tiempo en capas de aire enrarecido y, por tanto, reduce la velocidad no tan bruscamente como en el primer caso. Evidentemente, cuanto más plana sea la trayectoria, más lentamente perderá velocidad el vehículo. En consecuencia, la cantidad de calor generada por unidad de tiempo cuando el vehículo desciende por una trayectoria pronunciada será significativamente mayor que cuando desciende por una trayectoria que forma un pequeño ángulo con el horizonte.
De lo anterior se desprende la conclusión de que cuanto más pronunciada sea la trayectoria de descenso, menor será el peligro de sobrecalentamiento del vehículo de descenso y, por tanto, menor será el peligro para la tripulación. Pero esta conclusión es incorrecta. Desde el punto de vista del mantenimiento de condiciones de temperatura aceptables para la tripulación dentro de la cabina del vehículo de descenso, un descenso demasiado suave no es deseable. ¿Qué explica esto? Usted sabe que, al apagar incendios, los equipos de rescate a menudo tienen que entrar en una casa en llamas y abrirse paso entre las llamas. Una persona es rociada con agua y, con ropa mojada, atraviesa el muro de fuego sin sufrir ningún daño. Podría haberlo hecho con un traje seco, si éste hubiera sido de tela no inflamable. La temperatura de la llama de los objetos que arden en el aire suele ser de 450 a 500 °C. Esta es una temperatura bastante alta, pero debido a que el bombero con su traje no inflamable está en la llama durante muy poco tiempo, el traje no tiene tiempo de calentarse y, por lo tanto, una temperatura tan alta no es peligrosa. para una persona.
¿Cómo se sentiría una persona con el mismo traje hecho de tela no inflamable si el ambiente que lo rodea tuviera una temperatura incluso dos o tres veces menor que la temperatura de la llama, pero el tiempo que permaneciera en él se calculara en varios minutos? Al parecer, esto sería peligroso no sólo para la salud, sino también para la vida humana. Un traje hecho de tela no inflamable no le habría ayudado: en tanto tiempo el cuerpo humano se habría calentado hasta la temperatura ambiente, es decir, se habría sobrecalentado. Una imagen similar ocurre cuando el vehículo de descenso se mueve en la atmósfera. Si el aparato desciende a lo largo de una trayectoria empinada, se acerca a él por unidad de tiempo. gran cantidad calor que cuando se mueve a lo largo de una trayectoria plana. Pero para que el calor llegue a la cabina del aparato, donde se encuentra la tripulación, se necesita tiempo. Este tiempo depende de la naturaleza y el espesor de la capa protectora contra el calor aplicada a la superficie exterior del vehículo de descenso, y de las características del aislamiento térmico que se encuentra debajo de la capa de protección contra el calor.
Si el descenso del vehículo se produce rápidamente, entonces el tiempo de calentamiento puede no ser suficiente y luego, a pesar de la gran cantidad de calor suministrado al vehículo de descenso por unidad de tiempo desde el exterior, a partir de los gases calientes de la atmósfera del aire, el el aire dentro de la cabina no tendrá tiempo de calentarse mucho. Durante un descenso largo (a lo largo de una trayectoria plana), aunque se suministrará menos calor por unidad de tiempo debido a una menor cantidad de aire caliente, una parte todavía tendrá tiempo de pasar dentro de la cabina del vehículo de descenso a través del revestimiento protector contra el calor y el aislamiento térmico. del revestimiento del vehículo, lo que provocará el calentamiento del aire y de todos los elementos situados en el interior de la cabina.
Así, dos indicadores de los que depende la seguridad del descenso de la tripulación de la nave espacial a la Tierra, como la sobrecarga y el calentamiento, cambian de forma diferente según el tipo de trayectoria de descenso del vehículo de descenso en las densas capas de la atmósfera. Reducir la sobrecarga requiere una trayectoria suave y un tiempo de descenso prolongado. La inadmisibilidad del sobrecalentamiento de la cabina del vehículo de descenso, por el contrario, exige descender por una trayectoria más pronunciada con un corto tiempo para que el vehículo permanezca en densas capas de aire. La trayectoria de descenso se elige de tal manera que la sobrecarga no exceda el valor permitido para el cuerpo humano y, al mismo tiempo, la temperatura dentro de la cabina del vehículo, donde se encuentra la tripulación, no supere los 40ºC. - 50°C. Una persona puede tolerar fácilmente esta temperatura. La ya extensa práctica de bajar naves espaciales tripuladas desde la órbita a la Tierra muestra que los valores permitidos de sobrecargas y temperaturas del aire dentro de la cabina están garantizados cuando el tiempo de descenso en las densas capas de la atmósfera es de 20 a 25 minutos.
Examinamos las condiciones para el descenso de un vehículo de reentrada desde el espacio cercano o cercano a la Tierra. Al estar cerca de la Tierra y moverse alrededor de ella, el objeto espacial tiene una velocidad de ~ 8 km/s (primera velocidad de escape). Para que una nave espacial pueda ir al espacio profundo, es necesario visitar cualquier cuerpo celeste nuestro. sistema solar, debería alcanzar una velocidad de 11,2 km/seg (es decir, la segunda velocidad de escape). Y también tendrá que regresar del espacio profundo a la segunda velocidad cósmica. ¿Cómo afecta esto a las condiciones de descenso?
Antes de considerar el descenso de una nave espacial a la Tierra después de regresar de un vuelo interplanetario, descubramos cómo se produce el acercamiento de los objetos espaciales a un cuerpo celeste como la Luna.
Al estar en órbita cercana a la Tierra, la nave espacial tiene una velocidad igual a la primera velocidad cósmica. Al poseer esta velocidad, no puede caer a la Tierra, pero tampoco puede alejarse de la Tierra ni volar a otros cuerpos celestes.
Arroz. 16. Trayectorias de un satélite terrestre artificial a diferentes velocidades con respecto al globo.
Si a la nave se le da una velocidad mayor que la primera velocidad cósmica, pero menor que la segunda velocidad cósmica, continuará moviéndose alrededor de la Tierra; no podrá volar al espacio interplanetario. Sin embargo, no se moverá en una órbita circular, sino elíptica (Fig. 16). La longitud del eje mayor de la elipse será mayor cuanto mayor sea la velocidad (superando la primera velocidad cósmica) que tenga la nave espacial.
Hay que decir que casi todos los satélites terrestres artificiales ubicados en órbita terrestre baja no se mueven en círculo, sino en una elipse. ¿Por qué? En ocasiones, la trayectoria elíptica de un satélite terrestre artificial es necesaria para que pueda realizar sus tareas en el espacio. En estos casos, a los satélites se les da deliberadamente una velocidad ligeramente superior a la primera velocidad cósmica. En su mayor parte, la trayectoria de los satélites artificiales resulta ser elíptica porque es simplemente difícil garantizar que la velocidad del satélite a la altitud calculada corresponda exactamente a la primera velocidad cósmica.
A medida que aumenta la velocidad de una nave espacial, su trayectoria cambia de elíptica a parabólica. La velocidad a la que la nave espacial adquiere una trayectoria parabólica se llama segunda velocidad cósmica y es igual a ~ 11,2 km/seg. Una trayectoria parabólica, como una circular, sólo tiene significado teórico. Los vuelos de naves espaciales y naves espaciales deshabitadas a la Luna y otros planetas del sistema solar (Marte, Venus) no se realizan a lo largo de trayectorias parabólicas, sino hiperbólicas. Una nave espacial puede moverse a lo largo de una parábola solo si su velocidad corresponde exactamente a la segunda velocidad cósmica, y si es un poco menor, entonces se moverá a lo largo de una curva cerrada, una elipse, es decir, no estará cerca de la Tierra y no estará capaz de volar a otros planetas del sistema solar. Si a la nave se le da una velocidad ligeramente mayor que la segunda velocidad cósmica, su trayectoria ya no se convierte en una parábola, sino en una hipérbola. Una hipérbola es una curva abierta y una nave espacial, que ha cambiado a una trayectoria hiperbólica, no puede acercarse a la Tierra mientras se mueve a lo largo de ella. Se alejará cada vez más de ella y eventualmente perderá contacto con ella, es decir, dejará de sentir la acción de la gravedad.
Así, para volar a la Luna o a cualquier planeta del sistema solar, a una nave espacial situada en órbita cercana a la Tierra se le debe dar una velocidad igual o ligeramente superior a la segunda velocidad cósmica. Si, después de que la nave espacial alcanza una velocidad ligeramente mayor que la segunda velocidad cósmica, se apaga el motor, la nave continuará moviéndose a lo largo de una trayectoria hiperbólica.
Arroz. 17. En el punto A, la fuerza de atracción de un cuerpo por la Tierra (F h) es igual a la fuerza de atracción de este cuerpo por la Luna (F l)
Hay un lugar en el espacio exterior donde un cuerpo ubicado en este punto experimenta fuerzas gravitacionales iguales de la Luna y la Tierra (Fig. 17). Si se le da al barco una velocidad suficiente para que pueda volar hasta ese punto y cruzarlo ligeramente, entonces se verá afectado en mayor medida por la gravedad lunar que por la terrestre. Hasta el punto neutral, donde las fuerzas gravitacionales de la Luna y la Tierra están mutuamente equilibradas, la nave espacial vuela, gastando la energía cinética que le imparte el motor para vencer la fuerza gravitacional de la Tierra. En este tramo parece ganar altura sobre la Tierra. El movimiento de la nave espacial después del punto neutral bajo la influencia de la gravedad de la Luna ya no debe considerarse como un movimiento ascendente con respecto a la Tierra, sino como una caída hacia la Luna. Si durante el ascenso, es decir, cuando vuela a un punto neutral, la nave reduce constantemente su velocidad, luego, a partir de este punto, bajo la influencia de la gravedad de la Luna, acelera constantemente y su velocidad aumenta. Cerca de la Luna, la velocidad de la nave espacial alcanza el valor de la segunda velocidad cósmica (pero no para las condiciones terrestres, sino para las condiciones lunares). Con la ayuda de un motor de frenado, la velocidad de la nave se reduce a la primera velocidad cósmica lunar. Teniendo esta velocidad, la nave se desplazará alrededor de la Luna sin caer ni alejarse de ella. La primera velocidad cósmica lunar no es igual a la primera velocidad cósmica cercana a la Tierra.
Debido a que la masa de la Luna es 81 veces menor que la masa de la Tierra, la aceleración de la gravedad de la Luna es menor que la aceleración de la gravedad de la Tierra, y la primera velocidad de escape lunar es de sólo 1,7 km/ segundo. ¿Qué se necesita para que una nave espacial abandone la órbita lunar y vuele a la Tierra? Evidentemente, al igual que en el caso de abandonar la Tierra hacia la Luna, es necesario darle la llamada segunda velocidad de escape lunar. Para el espacio cercano a la Tierra, la segunda velocidad de escape es de 11,2 km/s; para el espacio cercano a la Luna es significativamente menor. La nave espacial puede abandonar la zona gravitacional de la Luna y volar a otros cuerpos celestes del sistema solar si su velocidad supera ligeramente los 2,4 km/s. A esta velocidad, la nave espacial comenzará a alejarse de la Luna, elevándose con respecto a su superficie.
Moviéndose a lo largo de una trayectoria hiperbólica, la nave espacial se alejará de la Luna, disminuyendo gradualmente su velocidad. Su energía cinética se transformará en energía potencial. Habiendo alcanzado el punto neutral, donde la fuerza gravitacional de la Luna se equilibra con la fuerza gravitacional de la Tierra, la nave espacial comenzará a caer hacia la Tierra. En el punto neutral, la nave espacial tendrá la máxima energía potencial (en relación con la Tierra).
A medida que te acercas a la Tierra, la energía potencial disminuirá y la energía cinética aumentará. Al acercarse a la Tierra, la nave espacial adquirirá una velocidad de aproximadamente 11,2 km/s, es decir, la segunda velocidad cósmica. No es seguro iniciar nuestro descenso a la Tierra a esa velocidad. Antes de iniciar el descenso es necesario reducir la velocidad del barco. ¿Pero cómo?
Ya hemos determinado la cantidad de combustible que se necesita quemar en el motor de un cohete para reducir la velocidad de la nave espacial de 8 a 4 km/s. Resultó que esto requiere demasiado combustible para que tal trayectoria de frenado de objetos espaciales sea de importancia práctica. Es aún más difícil frenar una carrocería que se mueve a una velocidad de 11,2 km/s. Los cálculos y la práctica de los vuelos espaciales en la Unión Soviética y los EE.UU. muestran que el problema de frenar las naves espaciales que se mueven a la segunda velocidad de escape puede resolverse con éxito si se aprovecha el efecto de frenado de la envoltura de aire del globo. Cuando una nave espacial regresa a la Tierra después de un vuelo orbital, cuando su velocidad no es mucho mayor que la primera velocidad cósmica, se puede lograr un descenso seguro utilizando el efecto de frenado de la atmósfera, si se mantiene el ángulo adecuado de entrada de la nave en las capas densas. de la atmósfera está garantizada. La nave, adentrándose poco a poco en capas de aire cada vez más densas, se irá calentando y al mismo tiempo ralentizará hasta llegar a la superficie de la Tierra.
El 12 de febrero de 1947, un meteorito de hierro cayó en el territorio del Territorio de Primorsky, en las estribaciones occidentales de Sikhote-Alin. En el camino hacia el lugar de encuentro con la Tierra, ésta se desmoronó en cientos de miles de fragmentos y cayó en forma de lluvia. En realidad, un meteorito es raro, un meteorito de hierro es doblemente raro y la lluvia de hierro es tres veces rara.
El meteorito Sikhote-Alin es uno de los diez meteoritos más grandes del mundo y una serie de características lo hacen único, por ejemplo, por su homogeneidad general. composición química no es un solo cristal, sino que está compuesto de muchos cristales orientados aleatoriamente, “mal conectados entre sí” [Fesenkov, 1978], lo que probablemente provocó la desintegración en muchas partes.
Este es un ejemplo de la clásica caída de un meteorito. El momento y el lugar de la caída, el hermoso clima e incluso la cuenca resultaron excepcionalmente favorables, preservando al máximo el cuadro de destrucción. El lugar del accidente del meteorito fue descubierto al día siguiente y dos semanas después, los primeros investigadores llegaron al lugar del accidente.
La gran cantidad de sustancia hizo posible casi cualquier análisis sin el peligro de utilizar demasiada. Por ello, el meteorito ha sido estudiado a fondo. Se han escrito al menos tres monografías sobre él y cientos Artículos científicos. Cualquier persona interesada puede consultar literatura especializada y, para aquellos que no lo saben, ofrezco un breve resumen de los hechos establecidos.
HECHOS Y CIFRAS
Ahora todos los museos más o menos grandes del mundo tienen muestras del meteorito Sikhote-Alin. Además de las 27 toneladas registradas de sustancias recolectadas, muchas muestras se han extendido por todo el país y de vez en cuando salen flotando. lugares inesperados. Los bromistas los hacen pasar por nuevos meteoritos. Normalmente una falsificación se detecta al instante, el aspecto de este meteorito es demasiado característico, pero un día las cosas llegaron bastante lejos...
En 1976, un empleado del museo geológico de la asociación de geología de Donbass, V.V. Kulakovsky entregó un fragmento de meteorito que pesaba 144 al Comité de Meteoritos de la Academia de Ciencias de la URSS e informó que se había encontrado en una veta de carbón de Donetsk. La edad de las vetas de carbón era de 285 a 340 millones de años. Hasta ese momento no se habían producido tales hallazgos. El meteorito fue registrado, recibió el nombre de Maryinka y fue descrito en detalle por V.P. Semenenko. La prensa lo calificó como el meteorito más antiguo de la Tierra.
Pero... aparentemente había dudas sobre su singularidad. En 1983 se analizó el isótopo Mn-53 con una vida media de 3,7 millones de años. Si un meteorito cayera hace 300 millones de años, todos los isótopos de Mn-53 se habrían extinguido hace mucho tiempo. Resultó que existen en la misma cantidad que en Sikhote-Alin. La cuestión quedó resuelta. Así, casi diez años después, el meteorito Marinka fue excluido del Catálogo.
El Comité de Meteoritos de la Academia de Ciencias de la URSS organizó 15 expediciones a la zona donde cayó el meteorito Sikhote-Alin (1947-1950, 1967-1977). Cada uno de ellos estaba formado por unas 30 personas. Se contorneó el área de dispersión de los fragmentos de meteorito, se estableció la distribución de estos fragmentos en el área, se describieron en detalle los cráteres y se recogió el material. Finalmente, la zona fue declarada monumento natural.
Meteorito hizo algunos ajustes. mapa geografico Primorie. Ahora dos arroyos directamente en el área de la caída se llaman Maly y Bolshoi Meteoritny, y la colina más alta del área lleva el nombre de L.A. Kuliká. El pueblo más cercano es también Meteoritny (hasta 1972 se llamaba Beitsukhe).
Y el investigador más devoto de este meteorito fue Evgeniy Leonidovich Krinov, cuya vida consciente en meteorología comenzó en Tunguska. Este meteorito fue SU meteorito. Aunque este meteorito, como el de Tunguska, fue tocado literalmente por todos los investigadores involucrados en meteoritos. Entre ellos: acad. Fesenkov, Doctor en Física y Matemáticas. ciencias N.B. Divari, los geofísicos de Leningrado E.S. Gorshkov y E.G. Guskova, Tallin - geólogos A.O. Aaloe e Y. Kestlane, cosmoquímico de Kiev, doctor en no sé qué ciencias V.P. Semenenko, jefe de cosmoquímica soviética, doctor en ciencias químicas A.K. Lavrukhina, el matemático de Tomsk A.P. Boyarkin y muchos, muchos otros. Me gustaría mencionar a otra persona que participó constantemente en las 15 expediciones: Yegor Ivanovich Malinkin. Actuó como asistente de laboratorio y cuidador, un constante sostén de la familia. Y ahora sigue trabajando en el Comité de Meteoritos, que atraviesa tiempos difíciles. Entre las luminarias de Sikhote-Alin se encuentra el Candidato de Ciencias en Física y Matemáticas V.I. Tsvetkov, que participó en todas las expediciones desde 1967 y dirigió las últimas.
La entrada a la atmósfera no puede ser demasiado pronunciada, ya que en este caso la zona de frenado será pequeña, el tiempo de frenado será corto y el aumento de la densidad atmosférica se producirá demasiado rápido. Como resultado, la nave espacial o el barco con personas a bordo sufrirá una sobrecarga excesiva, lo que puede provocar la destrucción del equipo o, y esto es lo principal, la muerte de los astronautas. Básicamente, casi todas las trayectorias de retorno de la Luna, cuyos perigeos se encuentran debajo de la superficie de la Tierra, deben considerarse "empinadas". La más empinada es, naturalmente, una trayectoria recta (vertical).
Al entrar en la atmósfera, la nave espacial, bajo la influencia de su resistencia, abandona la trayectoria kepleriana y se hunde más. Por lo tanto, los perigeos discutidos en realidad no se logran incluso cuando se encuentran sobre la superficie terrestre. Se llaman condicionales.
Si el perigeo condicional se encuentra demasiado alto sobre la superficie de la Tierra, la nave espacial encontrará sólo una débil resistencia de las capas enrarecidas de la atmósfera, que será insuficiente para obligarla a caer a la Tierra. Como resultado, habiendo perdido una pequeña parte de su velocidad, escapará al espacio extraatmosférico y se convertirá en un satélite terrestre con una gran órbita elíptica. Habiendo completado una revolución, volverá a entrar en la atmósfera y, habiendo perdido un poco más de velocidad, volverá a entrar en una órbita elíptica, ya más pequeña y ubicada en una posición ligeramente diferente. El apogeo se acercará a la Tierra, el perigeo también se acercará, pero muy débilmente, y eje mayor la órbita girará un cierto ángulo (en la Fig. 100 esta rotación es exagerada) debido al hecho de que la dirección de salida de la atmósfera está ligeramente desviada de la dirección de entrada. Un gran número de estas “elipses de frenado” permiten, en principio, extinguir gradualmente toda la enorme velocidad de la entrada inicial en la atmósfera.
La desventaja del método de las elipses de frenado es que su uso hace que sea casi imposible preseleccionar un lugar de aterrizaje y, lo más importante, requiere un tiempo de frenado prolongado. Además, el cruce periódico de zonas de radiación resulta peligroso para la salud de los astronautas e inaceptable para regresar a la Tierra desde la Luna y los planetas. Por lo tanto, no es deseable volver a entrar en el espacio extraatmosférico a una velocidad superior a la velocidad circular.
Sin embargo, el método de las "elipses bremsstrahlung" (o el método de la "órbita elíptica amortiguada") a veces se considera como posible variante descenso en caso de emergencia.
El perigeo de la trayectoria de retorno no debe ser demasiado alto. Pero, como hemos visto, no puede ser demasiado bajo. En consecuencia, el reingreso a la atmósfera al regresar de la Luna solo puede ocurrir en un corredor estrecho, cuyo límite inferior está determinado por las sobrecargas máximas permitidas, y el límite superior por el requisito de reducir la velocidad al menos a la local. velocidad circular de modo que el frenado finalice en la primera entrada a la atmósfera (Fig. 101).
Arroz. 100. Método de “elipses de freno”.
Arroz. 101. Corredor de reentrada atmosférica: 1 - trayectorias de sobrecargas peligrosas, 2 - trayectorias "pasantes" que no conducen al descenso ("zona de no captura").
Para regresar a la Tierra, debes ingresar al estrecho corredor designado. El ancho del corredor se entiende como la diferencia en las alturas de los perigeos condicionales de las dos trayectorias keplerianas límite. Es tan pequeño que en el camino de regreso a la Tierra seguramente será necesaria una corrección de trayectoria.
De hecho, si asumimos que el coeficiente de sobrecarga máximo permitido no debe exceder 10, entonces al ingresar a la atmósfera a la segunda velocidad de escape, el ancho del corredor debe ser de solo 10 km. Aproximadamente estos valores se indican en varias obras.
Sin embargo, existe un método de descenso que permite ampliar el pasillo de entrada y tiene otras ventajas. Se trata del ya conocido descenso en planeo o descenso con calidad aerodinámica.
El aparato de deslizamiento puede ser una cápsula en forma de cono romo, girado en el ángulo de ataque, o un cono con una sección longitudinal suave (cualidad aerodinámica como los barcos estadounidenses Gemini y Apollo), o tener un cuerpo portante ( calidad aerodinámica 1 o más), o tener alas (calidad aerodinámica superior a 2).
Supongamos que un vehículo con calidad aerodinámica entró en la atmósfera por debajo del “límite inferior” (el límite inferior del corredor de entrada), que debería haber sido durante una entrada balística. En este caso, la trayectoria se desviará hacia arriba y el dispositivo podrá aterrizar descendiendo lentamente, por lo que las sobrecargas no serán excesivas. Por lo tanto, el límite inferior del corredor de entrada disminuirá.
El límite superior del corredor de entrada (“límite de sobrevuelo”) se puede aumentar aún más de manera similar. El vehículo planeador, una vez por encima de este límite, aún puede permanecer en la atmósfera si se crea una fuerza de sustentación negativa (el planeador vuela “al revés”), que tiende a presionar el vehículo hacia la Tierra. Cuando haya pasado el peligro de entrar en un espacio extraatmosférico, será necesario hacer que la fuerza de sustentación vuelva a ser positiva. Para ello, el aparato deslizante debe girar alrededor de su eje longitudinal.
Así, en el caso de un descenso en planeo, el ancho del corredor de entrada se determina como la diferencia de alturas de dos perigeos condicionales: el primero corresponde a la trayectoria que es el “límite de captura” (salida de la atmósfera a una velocidad casi circular) cuando se utiliza elevación negativa; el segundo corresponde a la trayectoria en la que la sobrecarga máxima es la máxima permitida, y se supone el uso de sustentación positiva.
Si denotamos el ancho del corredor de entrada por entonces se puede indicar para ello la siguiente fórmula aproximada:
Aquí a es la velocidad adimensional de entrada a la atmósfera, es decir
velocidad de entrada, relacionada con la velocidad circular local; calidad aerodinámica del vehículo que ingresa a la atmósfera; pmax: el coeficiente máximo permitido de sobrecarga longitudinal, es decir, sobrecarga en la dirección del movimiento (es esto, y no la sobrecarga transversal, lo que representa un peligro); radio de la Tierra; X es la llamada “disminución logarítmica de la densidad”, que muestra la tasa de disminución de la densidad del aire en la atmósfera con la altura.
Debido a última designación Tenga en cuenta que el cambio en la densidad con la altura sobre la superficie de la Tierra se puede escribir aproximadamente en la forma (densidad de la atmósfera al nivel del mar), y esta dependencia refleja bastante bien el verdadero estado de las cosas hasta la altura. El valor de X tiene una dimensión Su valor inverso se llama “factor de escala de densidad” y tiene un significado físico simple: muestra la altitud en kilómetros, al ascender a la cual la densidad del aire disminuye en un factor. Para la Tierra.
De hecho, las fórmulas podrían simplificarse teniendo en cuenta la de la Tierra y la de regreso de la región de la Luna, pero no lo hacemos, ya que la fórmula para el ancho del corredor de entrada I es universal en naturaleza: es válido para entrar en la atmósfera de cualquier planeta con una velocidad superior a la circular local.
Es curioso que, como se puede ver en la fórmula anterior, el ancho del corredor depende de la tasa de cambio en la densidad de la atmósfera con la altura, pero no del valor específico de la densidad, digamos, en la superficie de el planeta. Depende de la relación entre la fuerza de sustentación y la fuerza de arrastre, pero no de los valores específicos de estas fuerzas ni de la masa del vehículo.
Tenga en cuenta que la fórmula es válida para los casos en que la entrada se realiza con una calidad aerodinámica no demasiado baja. En particular, no se puede utilizar para calcular el ancho del corredor de entrada balística.
Según los datos, el uso del ascensor permite aumentar significativamente el ancho del pasillo de entrada en comparación con su ancho durante el descenso balístico). Además, ofrece la posibilidad de realizar maniobras adicionales (en particular, laterales) en la atmósfera, lo que permite aterrizar con mucha mayor precisión. Si es necesario, se pueden realizar rebotes para aumentar el alcance de vuelo. Al volver a entrar en la atmósfera (después de rebotar), los errores de la salida anterior de la atmósfera se pueden compensar mediante la sustentación. Si el alcance nominal con rebote es
entonces un dispositivo con una relación de elevación a resistencia de 0,4 puede aumentar o disminuir este rango y, en el caso de una relación de elevación a resistencia, incluso por
En comparación con un descenso balístico, un descenso con calidad aerodinámica conlleva una fuerte reducción de las sobrecargas, ya que la frenada se prolonga durante un período de tiempo mucho más largo.
Dado que el medio está muy enrarecido cerca del límite superior del corredor de entrada, es posible que se necesiten alas demasiado grandes para crear una fuerza de sustentación negativa de la magnitud requerida. Por lo tanto, es posible que el mismo objetivo de aumentar el límite se logre de manera más ventajosa aumentando artificialmente la resistencia utilizando dispositivos de frenado como paracaídas que puedan soportar altas temperaturas.
Por otro lado, al final del descenso, cuando la velocidad del vehículo planeador se reduce considerablemente, el cuerpo de soporte se vuelve ineficaz y, por tanto, en la última etapa se realiza un aterrizaje suave con la ayuda de paracaídas o un cohete. motor. Los planeadores espaciales, que tienen una relación de sustentación y resistencia de aproximadamente 3-4, pueden aterrizar en cintas de correr, como ocurre con los aviones orbitales (por ejemplo, el Shuttle).
En la Unión Soviética, por primera vez, se devolvieron a la Tierra vehículos automáticos que habían cubierto la Luna o habían estado en su superficie.