Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvordan kommer rumfartøjer ind på Jorden igen?

Objekter, der kommer ind i Jordens atmosfære, står over for en hård tur. Pete Turner/Stone Collection/Getty Images

At opsende et rumfartøj i rummet er én ting. At bringe det tilbage er en anden.

Rumfartøjer at komme ind igen er en vanskelig forretning af flere grunde. Når et objekt kommer ind i jordens atmosfære, oplever det nogle få kræfter, herunder tyngdekraften og træk . Tyngdekraften vil naturligt trække et objekt tilbage til Jorden. Men tyngdekraften alene ville få objektet til at falde farligt hurtigt. Heldigvis indeholder Jordens atmosfære partikler af luft. Når objektet falder, rammer og gnider det mod disse partikler, hvilket skaber friktion . Denne friktion får objektet til at opleve modstand eller luftmodstand , hvilket sænker objektet til en mere sikker indstigningshastighed. Læs mere om disse faktorer i "Hvad nu hvis jeg smed en krone ud af Empire State Building?"

Denne friktion er dog en blandet velsignelse. Selvom det forårsager træk, forårsager det også intens varme. Specifikt stod shuttles over for intense temperaturer på omkring 3000 grader Fahrenheit (ca. 1649 grader Celsius) [kilde:Hammond]. stump krop design hjalp med at afhjælpe varmeproblemet. Når et objekt - med en stump overflade vendt nedad - kommer tilbage til Jorden, skaber den stumpe form en chokbølge foran køretøjet. Den chokbølge holder varmen på afstand fra objektet. Samtidig bremser den stumpe form også objektets fald [kilde:NASA].

Apollo-programmet, som flyttede adskillige bemandede skibe frem og tilbage fra rummet i løbet af 1960'erne og 1970'erne, beklædte kommandomodulet med en særlig ablativ materiale, der brændte op ved genindtræden og absorberer varme. I modsætning til Apollo-køretøjerne, som blev bygget til engangsbrug, var rumfærger genanvendelige løfteraketter (RLV'er). Så i stedet for blot at bruge ablativt materiale, inkorporerede de holdbar isolering. Dernæst vil vi dykke dybere ned i den moderne re-entry-proces for shuttles.

Satellittens undergang

Satellitter behøver ikke forblive oppe i Jordens kredsløb for evigt. Gamle satellitter falder nogle gange tilbage til Jorden. På grund af de barske forhold ved genindstigning kan de brænde alvorligt op på vej ned. Nogle af dem kan dog overleve faldet og ramme Jordens overflade. Ved kontrollerede fald manipulerer ingeniører fremdriftssystemerne på en satellit for at få den til at falde et sikkert sted, som havet.

Nedstigningen af ​​en rumfærge

De forreste kanter og næsen af ​​rumfærgen brugte RCC-materiale NASA

At genindtræde på Jorden handler om attitudekontrol . Og nej, det betyder ikke, at astronauter skal have en positiv holdning (selvom det altid er nyttigt). Det refererer snarere til den vinkel, som rumfartøjet flyver med. Her er en oversigt over en shuttle-nedstigning:

  • Forlader kredsløb :For at bremse skibet ned fra dets ekstreme kredsløbshastighed, vendte skibet rundt og fløj faktisk baglæns i en periode. Orbital manøvreringsmotorerne (OMS) skubbede derefter skibet ud af kredsløb og mod Jorden.
  • Nedstigning gennem atmosfæren :Efter at den var sikkert ude af kredsløb, vendte rumfærgen næsen-først igen og kom ind i atmosfæren bukken nedad (som en mave-flop) for at drage fordel af træk med sin stumpe bund. Computere trak næsen op til en angrebsvinkel (nedstigningsvinkel) på omkring 40 grader.
  • Landing :Hvis du har set filmen "Apollo 13", husker du måske, at astronauterne vender tilbage til Jorden i deres kommandomodul og lander i havet, hvor redningsarbejdere samler dem op. Rumfærger lignede og landede meget mere som flyvemaskiner. Da skibet var lavt nok, overtog chefen computerne og førte rumfærgen til en landingsbane. Mens den rullede langs striben, udløste den en faldskærm for at bremse den.

Turen tilbage til Jorden er en varm en. I stedet for de ablative materialer, der blev fundet på Apollo-rumfartøjet, havde rumfærger specielle varmebestandige materialer og isolerende fliser, der kunne holde til genindtrængende varme.

På dette billede viser NASA-arbejdere, hvor Columbia fik fliseskader under sin jomfruflyvning. NASA/Space Frontiers/Hulton Archive/Getty Images
  • Reinforced Carbon Carbon (RCC) :Dette kompositmateriale dækkede næsen og kanterne af vingen, hvor temperaturerne bliver varmest. I 2003 blev Columbias RCC beskadiget under opstart, hvilket forårsagede dets opbrænding ved genindtræden og dræbte alle syv besætningsmedlemmer.
  • Fibrous Refractory Composite Insulation (FRCI) :Disse sorte fliser erstattede HRSI fliser mange steder, fordi de er stærkere, lettere og mere varmebestandige.
  • Lavtemperatur genanvendelig overfladeisolering (LRSI) :Disse hvide silicafliser er tyndere end HRSI-fliser og beskyttede forskellige områder mod temperaturer op til 1.200 grader F (649 grader C).
  • Avanceret fleksibel genanvendelig overfladeisolering (AFRSI) :Disse udvendige tæpper er lavet af silicaglasstof og blev installeret på den forreste øvre del af en shuttle og modstår temperaturer på op til 1.500 grader F (816 grader C). I årenes løb overtog disse meget af LRSI-materialet på en shuttle.
  • Filt genanvendelig overfladeisolering (FRSI) :Dette materiale tåler temperaturer på op til 700 grader F (371 grader C) og er lavet af varmebehandlet hvid Nomex-filt (et materiale, der bruges i brandmænds beskyttelsesbeklædning).

Tag et kig på de links, der følger, for at finde ud af mere om de udfordringer, som rumudforskning udgør.

Bitre påmindelser

Ligesom Challenger-katastrofen i 1986 mindede os om, hvor risikable shuttle-opsendelser er, mindede Columbia-katastrofen os om, hvor farligt atmosfærisk genindtræden er. I 2003 brændte rumfærgen Columbia og dens syv besætningsmedlemmer op, da de var på vej tilbage til Jorden. Efter undersøgelser opdagede NASA, at skader på venstre vinge (der faktisk skete under afløftning), lukkede varm luft ind ved genindstigning og fik rumfærgen til at miste kontrollen og brænde op.

Ofte stillede spørgsmål

Hvordan påvirker genindstigningsvinklen et rumfartøjs evne til at modstå intens varme?
Vinklen for tilbagevenden er afgørende for at styre rumfartøjets varmeeksponering. En stejl indstigningsvinkel kan føre til overdreven opvarmning og potentiel skade, mens en for lav vinkel kan resultere i, at rumfartøjet hopper af atmosfæren. Den optimale vinkel sikrer, at rumfartøjet kan modstå intens varme gennem kontrolleret deceleration og varmefordeling, ved at udnytte termiske beskyttelsessystemer effektivt.
Hvilke fremskridt er der sket inden for termiske beskyttelsessystemer siden rumfærgen?
Siden rumfærgen-æraen har fremskridt inden for termiske beskyttelsessystemer (TPS) fokuseret på at forbedre varmebestandighed og holdbarhed. Nye materialer og teknologier, såsom forbedrede ablative belægninger, forstærket carbon-carbon og avancerede silicafliser, giver bedre beskyttelse mod tilbagevendende temperaturer.

Mange flere oplysninger

Relaterede artikler

  • Hvorfor flyder der snesevis af døde dyr i rummet?
  • Sådan fungerer rumfærger
  • Hvordan kredser satellitter om jorden?
  • Sådan fungerer rumstationer
  • Sådan fungerer Space Junk

Flere gode links

  • NASA
  • USA Centennial of Flight
  • Space.com

Kilder

  • Cuk, Matija, Dave Rothstein, Britt Scharringhausen. "Hvorfor har rumfartøjer brug for varmeskjolde, der kommer tilbage til Jorden, men ikke forlader?" Astronomiafdelingen ved Cornell University. januar 2003. (9. maj 2008) http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=448
  • Day, Dwayne A. "Reentry Vehicle Technology." U.S.S. Centennial of Flight Commission. (9. maj 2008) http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/reentry/Tech19.htm
  • Dumoulin, Jim. "Space Shuttle Orbiter Systems." NASA Kennedy Space Center. (9. maj 2008) http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/sts_sys.html
  • Hammond, Walter Edward. "Designmetoder til rumtransportsystemer." AIAA, 2001. (9. maj 2008) http://books.google.com/books?id=uxlKU3E1MUIC&dq=Design+ Methodologies+for+Space+Transportation+Systems&as_brr=3&client=firefox-a&source=gbs_summary_s&cad=0>
  • Jacobson, Nathan S. "As-Fabricatede Armed Carbon/Carbon Characterized." NASA. juli 2005. (9. maj 2008) http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2004/RM/RM01D-jacobson1.html
  • NASA. "Eventyr med Apollo." Ames Research Center. (9. maj 2008) http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2004/moon/ adventure_apollo.html
  • NASA. "HSF - The Shuttle:Entry." NASA. 13. februar 2003. (9. maj 2008) http://www.spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/shutref/events/entry/
  • Pete-Cornell, M. Elisabeth. "Sikkerhed for det termiske beskyttelsessystem i rumfærgen Orbiter:Kvantitativ analyse og organisatoriske faktorer." Rapport til National Aeronautics and Space Administration, dec. 1990. (9. maj 2008) spaceflight.nasa.gov/shuttle/archives/sts-107/investigation/tps_safety.pdf



Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com