Warum können Deep-Space-Missionen den Orbit nicht verlassen, indem sie die Atmosphäre überspringen?

Wenn das Verlassen der Atmosphäre während des Wiedereintritts ein echtes Risiko darstellt, dass das Raumschiff aus der Umlaufbahn "entkommt", warum verwenden Weltraummissionen diese Methode nicht, anstatt Energie zu verwenden, um die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen?

(Ich bin kein Physiker und mein Wissen auf diesem Gebiet ist begrenzt, daher entschuldige ich mich, wenn die Frage falsch gestellt wurde oder auf einer falschen Prämisse basiert.)

Sie können Steine ​​von der Wasseroberfläche springen lassen. Warum können Steine ​​unter Wasser nicht auch entkommen, indem sie von der Oberfläche springen?

Antworten (2)

Das Überspringen der Atmosphäre kann nur dann zu einer Flucht führen, wenn Ihre Eintrittsgeschwindigkeit über der Fluchtgeschwindigkeit lag. Das Überspringen ändert Ihre Richtung und verringert Ihre Geschwindigkeit ein wenig. Wenn Sie also in einen Sprung unterhalb der Fluchtgeschwindigkeit eintreten, werden Sie durch das Springen in eine elliptische Umlaufbahn geschickt.
Für eine Weltraummission hat es also keinen Vorteil, einen Sprung zu machen. Sie müssen die Geschwindigkeit auf andere Weise aufbauen.

Bleibt das Perigäum nicht in der Atmosphäre und bremst Sie daher mit jeder Umlaufbahn mehr und mehr ab?
@immibis was meinst du damit? Ich habe Antzis Frage so verstanden, dass sie sich (zum Beispiel) auf ein Raumschiff im erdnahen Orbit bezieht, das in einem ungünstigen Winkel auf die Atmosphäre trifft und es zum Überspringen bringt. In einem solchen Fall (laut dieser Antwort) würde das Fahrzeug dem Einfluss des Planeten nicht entgehen. Würde in einem solchen Fall (wo das Fahrzeug dem Einfluss des Planeten nicht entgeht) nicht (wie Antzi fragte) das Perigäum in der Atmosphäre bleiben und das Fahrzeug mit jeder nachfolgenden Umlaufbahn verlangsamen?
Ja, das Perigäum bleibt in der oberen Atmosphäre und Sie werden wieder herunterkommen. Der Grund, warum sie sich wegen Apollo Sorgen gemacht haben, ist, dass man hoch genug springen kann, dass ihre Lebenserhaltung erschöpft wäre, bevor sie wieder herunterkommen.
Ihre Aussage "Der Sprung ändert Ihre Richtung" hat mich dazu gebracht, über eine Ausnahme nachzudenken. Der Auftrieb ist senkrecht zur Geschwindigkeitsrichtung, mit nur Widerstand in der Geschwindigkeitsrichtung. Die Aussage scheint also wahr zu sein, dass der Auftrieb nur Ihre Richtung ändern und Ihre Geschwindigkeit verringern kann. Aber der Widerstand und der Auftrieb beziehen sich auf die relative Atmosphärengeschwindigkeit , nicht auf die Trägheitsgeschwindigkeit. Wenn sich also der Planet und die Atmosphäre drehen, könnte ein Auftriebsvektor in Richtung der Trägheitsgeschwindigkeit beitragen .
Sie sollten also in der Lage sein, einen Fall mit einem fast entkommenen elliptischen Eingang zu finden, bei dem sich ein hohes L / D in einen kaum hyperbolischen Ausgang verwandelt.

Während des Wiedereintritts laufen Raumfahrzeuge wie Apollo Gefahr, aufgrund eines übermäßigen Auftriebs zu überspringen. (Die stumpfe Körperform erzeugt nicht viel Auftrieb, aber bei Hyperschallgeschwindigkeiten etwas.) Aber Auftrieb erzeugt Widerstand: Sie können keinen Auftrieb umsonst bekommen, Sie müssen zusätzliche Geschwindigkeit haben, um ihn zu erzeugen. Insbesondere Apollo trat mit viel zusätzlicher Geschwindigkeit wieder ein, da es im Allgemeinen von einer translunaren Umlaufbahn zurückkehrte, die die gesamte potenzielle Energie aus großer Höhe in Geschwindigkeit umwandelt.

Also ja, Sie können den Lift verwenden, um größtenteils aus der Atmosphäre herauszukommen. Es ist jedoch kein kostenloses Mittagessen, und im Allgemeinen ist die Masse an Flügeln, die genügend Auftrieb geben, ohne durch Luftwiderstandsspannungen auseinanderzufallen, ein ernstes Problem für Raumfahrzeuge, daher gibt es derzeit keine orbitalen Raumflugzeuge. Letztlich ist das auch nur meistens . Eine stabile Umlaufbahn muss ziemlich weit über jeder Luftkonzentration liegen, die dick genug ist, um einen messbaren Auftrieb zu liefern, sonst zerfällt sie durch den Luftwiderstand und tritt früh wieder ein.