Die Kármán-Linie von oben herausfordern

Als Ausgangspunkt fährt die Verkleidung von Falcon 9 8700 km/h (Mach 7,7 Meeresspiegel) und hat keine ablative Hülle. Die zurückgesendeten Verkleidungen kommen wassergeschützt, aber unversengt zurück . Das Interessante daran ist, dass der Booster mit 8650 km/h fuhr, aber trotz des Wiedereintrittsbrandes unter Versengen leidet, da er in der dünnen oberen Atmosphäre nicht langsamer wird und Block 5 Schutzabdeckungen hat. SpaceX plant, die Oberstufe mit einer Ballute zu bergen . Vermutlich ohne Wiedereintrittsbrand.

In diesem Fall haben Sie eine echte Antwort auf Ihre Frage. Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Antwort ja lautet, wenn das Fahrzeug leicht genug ist und genügend Luftwiderstand / Auftrieb hat, dann ja, es wird den Wiedereintritt überleben, wie ein Papierflugzeug.

Hier ist der Wiedereinstiegsplan:

Kontrollieren Sie Ihre Höhe während des Wiedereintritts so, dass

1. Es gibt genug Luftdichte, um bei Ihrer aktuellen Geschwindigkeit genug Auftrieb zu erzeugen, der 1 g entspricht. Bei einem Anstellwinkel, der dem Stall nicht zu nahe kommt . Zu Beginn des Fluges benötigen Sie nicht annähernd 1 g Auftrieb, da Sie sich etwas im Orbit befinden, aber es schadet nicht , ihn zu haben: Verringern Sie einfach Ihren Anstellwinkel, um Ihren Auftrieb zu verringern.

2. Es gibt nicht genug Luft, um 2 g Auftrieb zu bekommen. Dadurch wird sichergestellt, dass die aerodynamischen Kräfte nicht zu hoch werden.

Hier sind die Probleme:

1. Überschall-Handhabung. Das Segelflugzeug wäre ohne Deltaflügel oder Schwenkflügel usw. bei Überschallgeschwindigkeit nicht steuerbar.

2. Das Hyperschall-Auftriebswiderstandsverhältnis beträgt etwa 4 , im Gegensatz zu einem Segelflugzeug, das 50 erreichen kann . Bei optimalem L/D-Verhältnis ist der Auftriebskoeffizient sehr niedrig , aber bei einem niedrigeren L/D-Verhältnis (von etwa 2) erhalten wir einen Auftrieb von etwa 0,3. Unterschallflügel können einen Auftriebskoeffizienten von etwa 1,0 in einem sicheren Abstand vom Strömungsabriss haben. Dies würde die 3-fache Kraft eines langsam gleitenden Segelflugzeugs bedeuten (nicht zu extrem), es sei denn, Ihr Delta-Flügel ist 3-mal dicker. In diesem Fall wäre die Windstärke ähnlich wie im Unterschallfall. Sie haben etwa 0,5 g Widerstandsverzögerung, also weniger Besichtigungszeit, aber das bedeutet eine Spitzen-G-Kraft von etwa 1,1 g. Keine große Sache.

Selbst mit diesen beiden Problemen können Sie Ihre (mit Druckhandschuhen versehene) Hand bis zum Wiedereintritt in den Luftstrom stecken, und die Kraft ist nicht schlimmer als ein Auto auf einer Autobahn . Obwohl es sich anders anfühlen würde, da es sich bei sehr geringer Luftdichte um eine Hyperschallströmung handelt, anstatt um eine Unterschallströmung bei hoher Dichte. Sie konnten sehen, wie die Stoßwelle glühte und Ihre Hand umhüllte. Es würde hübsch aussehen.

3. Hitze! Hitze! Hitze! Die Stärke des Windes beträgt ~ρv^2 und wird knapp unter der Stärke eines Orkans gehalten. Aber Wärme ist ~ρv^3. Wenn v Mach 20 ist, kann man nicht genug Wind haben, um den nötigen Auftrieb zu erzeugen, ohne verbrannt zu werden. Ihr Rumpf besteht aus Muileh , einem Material, das nicht schmelzen kann, egal wie heiß es wird. Aber die Nutzlast und die Leute sind es nicht, also haben Sie das Problem der thermischen Durchnässung .

Ablative Hitzeschilde sind in Bezug auf den Wärmefluss gesättigt: Oberhalb einer kritischen Temperatur beginnt das Hitzeschild zu sublimieren und das entstehende Gas verhindert einen weiteren Wärmefluss zum Schild. Zeit ist also wichtiger als Temperatur und Sie wollen schnell rein.

Das Shuttle hat ein nicht-ablatives System und tritt tatsächlich mit einer geringeren Kraft wieder ein. Aber es gibt immer noch einen Vorteil darin, den Wiedereintritt nicht zu sehr herauszuziehen (die Zeit "gewinnt" immer noch gegen die Temperatur), selbst wenn es keinen so großen Sättigungseffekt gibt.

Mit diesem Plan im Hinterkopf:

Bei welcher (maximalen) Höhe und Geschwindigkeit würde das Variometer eine vertikale Geschwindigkeit von 0 m/s anzeigen?

Keine Begrenzung hier. Sie könnten bei diesem Wiedereintritt (kurzzeitig) eine Geschwindigkeit von 0 m/s in jeder Höhe/Geschwindigkeit beibehalten.

Was wäre die maximal erreichte Temperatur?

Wahrscheinlich um 1500 ° C, da dies der relativ sanfte Wiedereintritt des Space-Shuttles ist. Aber noch länger als das Space-Shuttle.

Gab es jemals echte Tests zum Deorbitieren von hochfeinen / niedrigflügelbelasteten Gleitgeräten?

Nicht dass ich wüsste. Überschallflügel sind keine "hohe Finesse" (niedriger Akkord). Die Zugfestigkeit irgendwo in der Nähe von 1500 ° C hoch zu halten, ist eine echte Herausforderung, und ein langer Flügel, der dem Luftstrom ausgesetzt ist, wäre schwer hitzeabzuschirmen. Ebenso wie der Schutz der Avionik.

Wie groß wäre der Anstellwinkel während des gesamten Abstiegs bis zur Unterschallgeschwindigkeit?

In der Nähe des Nullauftriebspunkts im Orbit (für meinen Wiedereintrittsplan), bis zum höchsten Punkt im Hyperschall, aber viel unter der Umlaufgeschwindigkeit und dann wieder niedriger für den Unterschallanteil.

Wie funktioniert der Coanda-Effekt bei Hyperschallgeschwindigkeit?

Ich vermute, es wäre umgekehrt. Bei niedriger Geschwindigkeit versucht der Luftstrom, der Krümmung des Balls zu folgen. Luft, die über die Oberseite strömt, wird schließlich nach unten abgelenkt (hebt den Ball nach oben), wenn sie die obere Rückseite des Balls passiert. Umgekehrt für Luft, die den Boden des Balls passiert. Der Coandă-Effekt nutzt Hautreibung: Ein aufgeworfener Baseball mit Backspin verlangsamt die Luft auf der unteren Seite und beschleunigt die Luft auf der oberen Seite. Diese Asymmetrie erzeugt einen Nettoauftrieb nach oben. Bei Überschallgeschwindigkeit hat die Luft keine Zeit, der Kurve des Balls zu folgen. Es trifft als Stoßwelle auf die Vorderseite des Balls und wird mit großer Geschwindigkeit nach außen geschleudert. Es wird schließlich nach innen zurückgezogen, um die von der Kugel hinterlassene Lücke zu füllen, aber (genug über Mach 1) ist dies zu weit stromabwärts, um die Kugel zu beeinflussen.durch Mantelreibung nach oben und drücken sich somit nach unten, was dem Unterschallfall entgegengesetzt ist.

Wenn Sie die Flügel des Segelflugzeugs so modifizieren könnten, dass sie sich falten, um wie ein Pfeil in die Atmosphäre einzudringen, und dann die Flügel ein wenig ausdehnen, um allmählich an Geschwindigkeit zu verlieren, während Sie Auftrieb erzeugen, dann ja, Sie könnten ein Segelflugzeug verwenden, um aus dem Orbit einzutreten, um die Kármán-Linie zu treffen, zu gleiten und dann zu landen sicher. Das Segelflugzeug würde immer noch einen Hitzeschild benötigen, modifiziert werden und mehr wiegen. Wie es ist, würden die Flügel abreißen, um nur zu beginnen.

Diese Booster-Rakete macht das:

Baikal-Flyback-Booster mit zweiter Stufe
Der Flyback-Flügel ist über und parallel zum Rumpf verstaut ^{Quelle: Russian Foundation for Advanced Studies (FPI) via russianspaceweb}