Videnskaben og teknikken bag rumfartøjets genindtræden

Comstock Images/Comstock/Getty Images

At genindtræde i Jordens atmosfære er fortsat et af de mest udfordrende problemer for rumfartøjsdesignere. I modsætning til typisk rumaffald, der brænder op ved atmosfærisk indtræden, skal et tilbagevendende rumfartøj overleve intens opvarmning og deceleration for at lande sikkert som en enkelt enhed. Ingeniører skal jonglere med magtfulde kræfter for at undgå katastrofale fejl.

Decelerationens dynamik

For at nå kredsløb skal en satellit først opnå flugthastighed - omkring 40.000 km/t (25.000 mph). Når den kommer ind i den øvre atmosfære igen, bremser den aerodynamiske friktion køretøjet og omdanner kinetisk energi til varme. Overfladetemperaturer kan stige til 1.650°C (3.000°F), og decelerationskræfter kan overstige syv gange Jordens tyngdekraft.

Re-Entry Corridor

Vinklen, hvormed et fartøj kommer ind i atmosfæren, bestemmer, om det vil brænde op, overleve eller skumme ud af kanten. En for stejl bane forårsager katastrofal opvarmning og strukturelt svigt; en for lav sti resulterer i, at køretøjet skimmer atmosfæren som en sten. Det optimale vindue - kendt som re-entry corridor - ligger mellem disse yderpunkter. For rumfærgen var målvinklen omkring 40°.

Tyngekraft, træk og løft i spil

Under nedstigning konkurrerer tre kræfter:tyngdekraft, træk og løft. Træk, drevet af luftfriktion, afhænger af køretøjets form og atmosfæriske tæthed; en stump profil genererer mere modstand end en strømlinet profil, hvilket accelererer decelerationen, når fartøjet går ned. Lift – genereret af køretøjets aerodynamiske design – virker vinkelret på dets bevægelse og kan modvirke tyngdekraften, et princip, som Shuttle udnyttede til at kontrollere sin nedstigning.

Ukontrollerede genindtastninger

I 2012 kredsede omkring 3.000 objekter med en vægt på 500 kg (1.100 lb) om Jorden, alle bestemt til at komme ind igen til sidst. Manglende re-entry-specifikt design, de fleste går i opløsning mellem 70-80 km (45-50 mi). Kun 10-40 % af fragmenterne overlever, sædvanligvis metaller med højt smeltepunkt som titanium eller rustfrit stål. Variabel vejr- og solaktivitet ændrer luftmodstanden, hvilket gør præcise forudsigelser af påvirkning umulige.