Was eliminiert die Geschwindigkeit, wenn die Insassen von der ISS zur Erde zurückkehren, und wie viel?

Die ISS hat eine Umlaufgeschwindigkeit von ~28000 km/h; die Geschwindigkeit v relativ zum Landeplatz des Landemoduls wahrscheinlich sogar noch höher. Sobald die Insassen gelandet sind, ist ihre Geschwindigkeit relativ zum Landeplatz Null.

Meine erste Frage ist: Was eliminiert die Geschwindigkeit zwischen dem Abheben von der ISS und der Ankunft? Drei Dinge fallen mir ein:

  1. der Motor des Raumfahrzeugs (Sojus),

  2. Atmosphäre:

    a. Nur Abstiegsmodul,

    b. Abstiegsmodul mit eingesetzten Fallschirmen,

  3. die Erde selbst (letzter Aufprall).

Noch etwas?

Meine zweite Frage ist: Wie viel trägt jeder dieser Modi bei (gemessen in Δ v / v oder ( Δ v / v ) 2 )? Der anhaltenden Freude der Insassen an der Raumfahrt zuliebe, stelle ich mir vor, 3. hat den geringsten Einfluss (Wortspiel beabsichtigt), aber wie stehen die anderen zueinander?

Antworten (2)

Nahezu die gesamte Geschwindigkeit wird durch atmosphärische Verzögerung des Abstiegsmoduls aufgehoben, bevor seine Fallschirme eingesetzt werden.

Die Umlaufgeschwindigkeit der ISS beträgt etwa 7700 m/s. Eine anfängliche Rückzündung der Sojus-Triebwerke in der Größenordnung von etwa 115 m/s reicht aus, um das Perigäum der Umlaufbahn in den obersten Teil der Atmosphäre abzusenken. Das Orbitalmodul und das Servicemodul werden dann vom Abstiegsmodul getrennt. Sobald das Abstiegsmodul beginnt, in die Atmosphäre einzudringen, wird es durch den Luftwiderstand verlangsamt, was die Umlaufbahn weiter absenkt, die Kapsel in eine dichtere Atmosphäre bringt, was sie weiter verlangsamt, und so weiter.

Die Sojus-Fallschirme starten ab ~240 m/s (zuerst Drogue-Rutschen, um die Kapsel auf ~90 m/s herunterzubringen, dann das Hauptnetz, um eine Sinkgeschwindigkeit von 6 m/s zu erreichen). Kurz vor dem Aufsetzen werden kleine Feststoffraketen für die endgültige Verzögerung abgefeuert, die weitere 3 m/s ∆v erzeugen.

Somit werden von der Anfangsgeschwindigkeit von 7700 m/s nur etwa 360 m/s durch Fallschirme, Wiedereintrittsverbrennung und abschließende Retroraketen aufgehoben; 7340 m/s (95 %) der Verzögerung werden vom Abstiegsmodul durchgeführt, das sich durch die Atmosphäre bewegt.

(Ich habe schamlos korrekte Zahlen aus Steve Lintons Antwort gestohlen.)

Diese Aufschlüsselung gilt allgemein für alle bemannten Raumfahrzeuge, obwohl amerikanische Kapseln nicht über die endgültigen Bremsraketen verfügten und das Space Shuttle mit einer horizontalen Geschwindigkeit von ~ 100 m / s aufsetzte, ohne in der Luft Fallschirme einzusetzen. Die atmosphärische Verzögerung der Flugzeugzelle erledigt fast die ganze Arbeit, weil sie abgesehen von der Hitzeabschirmung "kostenlos" ist.

Aus diesem Grund ist die Landung auf dem Mars schwieriger, die Atmosphäre viel dünner, und auf dem Mond ist es noch schwieriger. (Mond muss alles antreibend sein).
@geoffc Zu beachten ist, dass aufgrund der drastisch reduzierten Schwerkraft die Umlaufgeschwindigkeit um Mars und Mond deutlich geringer ist.
@MindS1 Einverstanden. Beachten Sie jedoch Russels Punkt. Von den 7700 m/s werden nur 360 m/s durch etwas ANDERES als Luftwiderstand aufgehoben. Das Fehlen einer Atmosphäre ist also wirklich schmerzhaft für die Missionsplanung.
Dies ist auch der grundlegende Grund, warum die Wiedereintrittserwärmung ein so großes Problem darstellt. Das Sojus-Wiedereintrittsmodul wiegt ungefähr 3000 kg im unbeladenen Zustand, sodass das Aerobremsen mehr als 3000 kg * (7700 m / s) ^ 2 = 177 Gigajoule kinetische Energie in Wärme umwandelt. (Wolfram Alpha teilt mir hilfreich mit, dass dies ungefähr so ​​viel Energie ist, wie durch das Verbrennen von 5100 Litern Kerosin freigesetzt würde.)
Es sollte beachtet werden, dass alles, was wir auf den Mond oder Mars aus der Umlaufbahn bringen wollen, für diese Körper nicht die Umlaufgeschwindigkeit erreichen wird, wenn es an der Zeit ist, mit der Verzögerung zu beginnen. Es wird weit darüber liegen - der Mindestwert scheint nicht geringer zu sein als der Wert der Fluchtgeschwindigkeit der Erde.
@Beanluc, der Mindestwert ist erheblich niedriger. In erster Näherung ist die Mindestgeschwindigkeit für eine nicht orbitale Landung auf dem Mond ungefähr die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes, während das für den Mars zu kompliziert ist, als dass ich es in meinem Kopf machen könnte . (Orbitalmechanik ist knifflig und häufig kontraintuitiv.)
@zwol Die kinetische Energie beträgt 0,5 mv ^ 2, also 88,9 GJ.
@zwol, ja, obwohl nur ein kleiner Teil davon von der Kapsel absorbiert wird - der Rest landet in der Atmosphäre.
@ArtOfCode Doh!
@Beanluc: Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde hat wirklich wenig mit der Landung auf dem Mond oder Mars zu tun. Für den Mond werden Sie am Gravitationsmittelpunkt ziemlich langsam (ich meine, wo die Schwerkraft von Erde und Mond gleich ist, was natürlich viel näher am Mond liegt), und dann unter der Schwerkraft des Mondes beschleunigen. Die Endgeschwindigkeit ist also ~ = Fluchtgeschwindigkeit des Mondes + wie schnell Sie in der Mitte gefahren sind. Ebenso für Mars: Sie verbringen den größten Teil der Reise mit der Geschwindigkeit der Hohmann-Transferbahn und gewinnen dann beim Anflug die Fluchtgeschwindigkeit des Mars.
Unnötige Tatsache: Der letzte Aufprall von 3 m/s entspricht einem Sturz aus 46 cm Höhe.
Hier ist, was die Fluchtgeschwindigkeit der Erde damit zu tun hat, etwas auf einem anderen Körper zu landen: Der Gegenstand muss zuerst die Erde verlassen. Diese kinetische Energie verschwindet nicht auf magische Weise.
@Beanluc: Nicht magisch, aber es wird beim Klettern aus der Schwerkraft gut in potenzielle Energie umgewandelt.
Seufzen. Es ist SCHWUNG. Wenn das Ding auf dem Mars ankommt, wird es sich viel schneller bewegen als die Fluchtgeschwindigkeit des Mars. Zeitraum. Das ist mein Punkt. Potentielle Energie im Gravitationsbrunnen der Erde, potentielle Energie im Gravitationsbrunnen des Mars, gleiche Differenz. Sanftes Verlassen des Orbits bedeutet, dass >11 m/s abgelassen werden, wir sind nicht auf magische Weise bei den 5 m/s, was die Fluchtgeschwindigkeit des Mars ist, wenn wir dort ankommen und die Prozedur beginnen.
@Beanluc: Tut mir leid, deine Intuition ist einfach falsch. Lesen Sie den letzten Kommentar von jamesqf noch einmal. Die Apollo LEM hatte keine Schwierigkeiten, auf dem Mond zu landen, aber sie hätte niemals auf der Erde landen können, selbst wenn sie keine Atmosphäre hätte. Sie sagen immer wieder, die minimale Landegeschwindigkeit sei die Fluchtgeschwindigkeit der Erde, aber die Fluchtgeschwindigkeit der Erde hat buchstäblich NICHTS damit zu tun. Wie würden Sie unsere Fähigkeit erklären, sich mit kleineren interplanetaren Körpern wie Kometen und Asteroiden oder sogar der ISS selbst zu treffen? Überall gelten die gleichen Regeln .
Ich habe nicht die minimale Landegeschwindigkeit gesagt. Überhaupt. Ich antwortete auf MindS, der anscheinend sagte, dass die minimale Umlaufgeschwindigkeit am entfernten Körper alles war, was berücksichtigt werden musste, wenn bestimmt wurde, wie viel Energie dissipiert werden müsste, um eine weiche Landung zu erreichen. Zitat: "Zu beachten ist, dass aufgrund der drastisch reduzierten Schwerkraft die Umlaufgeschwindigkeit um Mars und Mond deutlich geringer ist." Mein Punkt ist, dass Sie diese niedrigere Umlaufgeschwindigkeit nicht kostenlos erhalten. Die Umlaufgeschwindigkeit beginnt bei der Geschwindigkeit zwischen den Körpern, bevor Sie anfangen, sie zu reduzieren.
Lesen Sie noch einmal, weil mir sehr, sehr klar war, mit welcher Geschwindigkeit Ihr reisender Körper zu dem Zeitpunkt sein würde, an dem Sie beginnen, ihn zu verlangsamen . Inwiefern bedeutet KEINER, dass wir landen werden, ohne von dieser sehr hohen Geschwindigkeit abzubremsen.
@Beanluc: Die "Zwischenkörpergeschwindigkeit", wie Sie es nennen, kann beliebig niedrig sein. Dies ist, was jamesqf als "egal wie schnell Sie in der Mitte gefahren sind" bezeichnet hat . Der einzige Nachteil, es sehr niedrig zu machen, ist, dass es die Missionsdauer verlängert, die andere Grenzen hat. In diesem Punkt sind wir uns also einig. Aber es hat immer noch nichts mit der Fluchtgeschwindigkeit der Erde zu tun, was Sie immer wieder behaupten. Und MindS lag nicht falsch – bei der Landung aus einer Umlaufbahn um den fraglichen Körper ist die Geschwindigkeit zwischen den Körpern im Wesentlichen identisch mit der Umlaufgeschwindigkeit.

Der Prozess wird hier beschrieben , was fast alle Ihre Fragen beantwortet. Der Wiedereintrittsbrand entfernt etwa 120 m/s Geschwindigkeit von der Kapsel (das ist Ihre 1) und der endgültige Aufprall beträgt 15 Meilen pro Stunde (etwa 6 m/s). Das ist deine 3. Damit bleiben etwa 7,5 km/s für Teil 2. Bleibt nur noch die Frage nach der Aufteilung zwischen 2a und 2b, also der Geschwindigkeit beim Öffnen des Fallschirms. Das gibt diese Quelle . Zunächst wird 2b mit 240 m/s angegeben, sodass 7,25 km/s für 2a übrig bleiben. Schließlich feuert eine Reihe kleiner Raketen kurz vor der Landung und reduziert die 6 m/s auf 3 m/s.

Was eliminiert die Geschwindigkeit, wenn die Insassen von der ISS zur Erde zurückkehren, und wie viel?
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