Warum ist das Space Shuttle nicht so oft wie möglich in den Weltraum zurückgeprallt, um dort oben viel kinetische Energie zu verlieren?

Aus diesem Video erfuhr ich, dass das Space Shuttle etwa 5000 Meilen vom Landeplatz entfernt wieder eingetreten ist. Sein Anstellwinkel wird beim Wiedereintritt bei etwa 40 Grad gehalten. Wenn es mehr als das ist, prallt es zurück in den Weltraum. Warum lassen wir das Shuttle nicht so oft wie möglich in den Weltraum zurückprallen und viel Atmosphäre abschöpfen, damit es dort drüben viel kinetische Energie verliert? Ich denke, das Zurückprallen verursacht eine intermittierende Erwärmung, sodass Hitzeschildkacheln viel Zeit für die Abstrahlung von Wärme erhalten.

Um es klar zu sagen, es ist nicht AoA, das das Springen des Shuttles verhindert; es ist Schräglage - der Auftriebsvektor zeigt zur Seite statt nach oben. Eine Erhöhung des AoA von 40° würde höchstwahrscheinlich die Wahrscheinlichkeit des Überspringens verringern .
5000 Seemeilen entfernt. Die Antwort ist im Video, aber leicht zu übersehen; Er bemerkt sehr schnell und nur einmal, dass die Verlangsamung zu stark ist: Sie werden wie ein Stein aus dem Himmel fallen (was die ultimative Sorge des Stifts zu allen Zeiten ist, nur um eine "schnelle ungeplante Demontage"). Schlimm genug, dass es schon ein fliegender Stein ist.
Hallo SRD, ich denke, die Antwort von BretCopeland beantwortet die Frage besser als meine; Ich frage mich, ob Sie es in Betracht ziehen würden, dieses anstelle meines zu akzeptieren?

Antworten (2)

Das Überspringen von Wiedereintritten ist keine Seltenheit. Das Apollo-Kommandomodul führte bei der Rückkehr von Mondmissionen einen einzigen Sprung aus. Es gibt jedoch mehrere Gründe, warum ein überspringender Wiedereintritt (insbesondere einer mit mehreren Übersprüngen) für das Shuttle nachteilig wäre:

  1. Wie uhoh betont, führt ein überspringender Wiedereintritt zu einem Verlust an seitlicher Geschwindigkeit in sehr großer Höhe. Im Gegenzug verlieren Sie die Fähigkeit, Ihre Sinkgeschwindigkeit zu kontrollieren. Am Ende des Einstiegs befinden Sie sich praktisch in einem freien Fall, den das Fahrzeug aufgrund der Hitze und / oder des Stresses beim Versuch, sich aus dem Tauchgang zurückzuziehen, wahrscheinlich nicht überleben würde.
  2. Das Wärmeschutzsystem des Shuttles war nicht darauf ausgelegt, langwierigen Wiedereintritten standzuhalten. Hier ist ein Zitat aus dem "Entry, TAEM, and Approach/Landing Guidance Workbook":

    Auf der anderen Seite hoher Oberflächentemperaturen gibt es hohe Rückseitentemperaturen. Wenn Sie längere Zeit bei hohen Temperaturen fliegen, fließt Wärme durch die Kacheln zum darunter liegenden Aluminium. Dies kann passieren, wenn Sie ein niedriges Luftwiderstandsprofil fliegen. Tatsächlich ist die Rückseitentemperatur die derzeitige untere Grenze für das Widerstandsprofil.

  3. Mehrere andere Systeme waren auch nicht für langwierige Wiedereintritte ausgelegt. Die APUs haben nur die Treibstoffkapazität für einen Betrieb von etwa 110 Minuten, was nicht ausreichen würde, um sowohl den Start als auch einen längeren Wiedereintritt zu unterstützen. Die Heizkörper, die vor dem Eintritt kalt waren, benötigten möglicherweise zusätzliche Kapazität, um die während des Eintritts entstehende Wärme zu absorbieren. Das RCS hätte vielleicht mehr Reserven gebraucht.
  4. Wenn Sie ein Profil mit geringem Luftwiderstand fliegen, haben Sie weniger Spielraum für Fehler. Wenn Sie ein Luftwiderstandsprofil in der Mitte der Straße fliegen, haben Sie genug Platz, um Ihren Luftwiderstand nach Bedarf zu erhöhen oder zu verringern, um den Landeplatz zu erreichen. Wenn Ihre geplante Flugbahn bereits am unteren Ende liegt und Sie in einem Niedrigenergiezustand landen, können Sie nicht viel dagegen tun.
  5. Es ist nicht unmöglich, eine Anleitung für einen überspringenden Wiedereintritt zu entwickeln, aber es ist definitiv ein schwierigeres Problem.

Ich vermute, es gibt andere Gründe, an die ich nicht gedacht habe.

Auf der anderen Seite fallen mir keine Vorteile ein. Der Wiedereintritt des Shuttles war bereits vergleichsweise sanft (weit unter 2 g) und die Hitze war so wie sie ist perfekt beherrschbar.

+1 für die Einschränkungen aufgrund anderer Systeme.
Die APU ist kein Problem (sie hatte tagelang Strom), aber alles andere scheint zu stimmen.
@Joshua nein, die APUs hatten sehr wenig Treibstoffreserven. Siehe Shuttle Crew Operations Manual Seite 2.1-2: „Das Hydrazin wird in einem Treibstofftank mit einer Gesamtkapazität von etwa 350 Pfund gelagert … definierter Abbruchmodus, wie z. B. ein einmaliger Abbruch, wenn die APUs ungefähr 110 Minuten lang ununterbrochen laufen. Unter Betriebslastbedingungen verbraucht eine APU ungefähr 3 bis 3,5 Pfund Kraftstoff pro Minute.
@BretCopeland: Scheint, als hätte ich es mit den Brennstoffzellen im Orbit verwechselt. nasa.gov/topics/technology/hydrogen/fc_shuttle.html
@BretCopeland genau richtig. Zwei der APUs wurden am Eintrittstag später als die erste gestartet, nur um Treibstoff zu sparen.
Eine leichte Korrektur zu Ihrem ersten Absatz: Apollo hatte die Möglichkeit , einen Sprung-Wiedereintritt durchzuführen, wenn Sie vom Mond kamen, aber ich glaube nicht, dass sie es jemals benutzt haben.
@Mark, das habe ich noch nie gehört. Hast du eine Quelle?
@BretCopeland, Kommentar zum Funkprotokoll für den Wiedereintritt von Apollo 11 und die Analyse des Wiedereintritts von Apollo 11 . Ja, Apollo 11 prallte beim Wiedereintritt ein wenig ab (und es verlängerte die Flugbahn des Wiedereintritts, indem es die Skip-out-Software ausführte), aber es ging nie über die Karman-Linie oder die 50-Meilen-Grenze des Weltraums der Air Force zurück .
@Mark, dass die Eingangsanalyse genau so aussieht, wie ich es immer gesehen habe und worauf ich mich bezog. Wenn Ihr Einstiegsprofil Sie nach unten und wieder nach oben führt, würde ich das als Überspringen bezeichnen. Das würden Sie offensichtlich nicht.
@BretCopeland, ich würde es als "Überspringen" bezeichnen, wenn Sie die Atmosphäre verlassen (über die Karman-Linie zurückkehren). Ich glaube, Apollo hat einen "Sprung" als das Zurückgehen über die Höhe der "Eintrittsschnittstelle" (122.000 Meter) definiert.

Ich denke, das Zurückprallen verursacht eine intermittierende Erwärmung, sodass Hitzeschildkacheln viel Zeit für die Abstrahlung von Wärme erhalten.

Deine Überlegungen sind soweit vernünftig...

Aber sobald Sie zu viel Geschwindigkeit verlieren und tief suborbital werden, werden Sie wie ein Stein in eine dickere Atmosphäre sinken.

Innerhalb von fünf Minuten sind Sie entweder vom Erhitzen geröstet oder vom Ziehen von 15-20 G wie Gelee.

In dieser Antwort habe ich eine Berechnung für ein anderes Raumschiff (eine Dragon-Kapsel) mit einem Auftrieb zwischen 0 und 0,3 durchgeführt, und das Szenario war immer dasselbe. Deutlich langsamer zu sein führt dazu, dass man zu schnell zu tief fällt, und die höhere Dichte führt zu einer enormen Wärmeerzeugung und unüberwindlich großen Beschleunigungen.

Jeder stirbt in fünf Minuten

@MontyHarder danke dafür. Aus irgendeinem Grund sind diese beiden Drähte permanent gekreuzt.
Und wenn Sie praktische (simulierte) Erfahrungen machen möchten, gibt es immer KSP. Suborbitale Anflüge sind überraschend knifflig, und zu schnelles Verlieren der horizontalen Geschwindigkeit ist eine großartige Möglichkeit, all den Auftrieb zu verlieren, den Sie brauchen, um nicht wie ein Stein zu fallen.
@ Luaan Yup. Es ist erstaunlich, wie viel horizontale Geschwindigkeit Sie in KSP brauchen, um langsam genug zu sein, um Ihren Fallschirm zu knallen. Für suborbitale Missionen fand ich es billiger, direkt nach oben zu gehen und dann Ihre Rakete zu benutzen, um Ihren Abstieg zu verlangsamen! (Der Bremsbrand benötigt weniger Delta-V, als Sie aufwenden würden, um genügend horizontale Geschwindigkeit zu erhalten, um ohne den Bremsbrand zu überleben.)