Was wäre, wenn ein Space Shuttle in die Atmosphäre der Venus eindringt?

Wie würde sich der atmosphärische Eintritt eines US-Space Shuttles auf der Venus vom Wiedereintritt auf die Erde unterscheiden? Angenommen, ein Space Shuttle befindet sich in einer niedrigen Umlaufbahn der Venus und führt eine (Wieder-)Eintrittsverbrennung durch. Wie würde sich der folgende atmosphärische Eintritt und Flug angesichts der anderen Zusammensetzung und Dichte der venerischen Atmosphäre und der etwas geringeren Schwerkraft sowie des sauren Regens von dem auf der Erde unterscheiden? Welche Auswirkungen hätte es auf das Shuttle und, wenn etwas ausfällt, auf die Besatzung?

  • Ich frage mich, wie sich der Eintritt in die Atmosphäre und der Flug in die Atmosphäre von dem der Erde bis auf die 1-atm-Ebene der Venus (die ~ 33 Meilen über der Oberfläche liegt) unterscheiden würde.
  • und wie viel tiefer in die Atmosphäre der Venus ein Space Shuttle gelangen könnte, bevor etwas versagt und was (zuerst) versagen würde und aus welchem ​​Grund (extremer Druck/Hitze/Wetter?)

Hinweis: Eine ähnliche Frage könnte auf dem Mars gestellt werden, aber da beide Planeten fast ausschließlich eine Kohlendioxidatmosphäre haben, wäre der einzige große Unterschied in ihrer Schwerkraft. Abgesehen davon wäre der Eintritt bis hinunter zu 0,006 atm der Venus ungefähr derselbe, als ob ein Shuttle in die Marsatmosphäre eintreten würde.

Irgendwo in etwa 5-10 km Höhe, wo die Außentemperatur auf 100-200 ° C ansteigt, hört die Elektronik auf zu arbeiten. Der Verlust der Flugbahnkontrolle macht den Flug nur durch die aerodynamischen Kräfte kontrolliert. Glücklicherweise ist dort die Atmosphäre bereits dicht genug, um sie zu stabilisieren, und an diesem Punkt ist sie bereits langsam genug, um in einem Stück zu bleiben. Ich denke, es würde in einem Stück ankommen. Da die Atmosphäre immer dichter wird, könnte ihre Endgeschwindigkeit langsam genug sein, um den Splashdown sogar zu überleben. Zu diesem Zeitpunkt sahen sich die darin befindlichen Astronauten natürlich bereits einem qualvollen Tod gegenüber.
Der verbleibende Stickstofftetroxid-Treibstoff der orbitalen Manövriertriebwerke würde wahrscheinlich explodieren. Es wird ein leuchtendes Wrack sein.
@peterh-ReinstateMonica naah, :-) , es würde einen "dump all fuel"-Schritt im Ansatz geben.
@CarlWitthoft Aha, dann wird es ein glühendes Wrack mit leeren OMS-Kraftstofftanks. Glühen wird passieren, weil die Oberflächentemperatur von 400 ° C ausreicht, damit die Dinge glühen.
@peterh hat Recht mit der Kühlung, aber nicht mit der Stabilisierung. Der Orbiter war Fly-by-Wire; Sobald die Kühlung und das Flugsteuerungssystem ausfielen, würde es stürzen und zerbrechen. Wenn die Besatzung nicht durch den Mangel an Kühlung getötet wurde, würde sie durch die Trennung getötet werden.
@OrganicMarble Fly-by-Wire bedeutet nicht aerodynamisch instabil. Es bedeutet nur, dass die Steuerungen zwischen Eingang und Ausgang durch eine digitale Steuermatrix gehen. Angesichts des Aussehens des Space Shuttles habe ich jedoch meine Zweifel an der (dynamischen) Stabilität. Aber ein Airbus ist auch Fly-by-Wire, aber im Falle eines vollständigen Stromausfalls stürzt er nicht plötzlich ab oder bleibt stehen.
Fügen Sie dies halb als Kommentar hinzu, halb als Aufforderung, eine großartige Wissenschaftskomödie zu lesen. Keine Antwort zum Flug auf der Venus ist vollständig, ohne auf Randall Monroes „Interplantary Cessna“-Artikel unter what-if.xkcd.com/30 zu verweisen . Zu den Highlights gehören: "Das Ergebnis ist: Ihr Flugzeug würde ziemlich gut fliegen, außer es würde die ganze Zeit brennen, und dann würde es aufhören zu fliegen und dann aufhören, ein Flugzeug zu sein."
@OrganicMarble Okay, dann wird es nicht brechen, wenn es schon langsam genug ist. Und es wird langsam genug sein - bis ≈ 60km kann es wie auf der Erde abbremsen. Unterhalb von 60 km beginnen die Temperatur und der Druck zu steigen, es tötet die Astronauten und stoppt die elektronische Steuerung. Aber dann ist das Shuttle schon langsam. Dies ergibt imho ein Wrack, das langsam auf die Venusoberfläche fällt, aber in einem Stück taumelt, ungefähr so, wie das Wrack eines gesunkenen Schiffes auf dem Meeresboden "landet". Es wird vertikal ankommen. Die Landegeschwindigkeit wird wahrscheinlich langsam genug sein, um in einem Stück zu bleiben.

Antworten (3)

Ich kann nicht zu den Aspekten der Flugbahn sprechen, aber das Mannschaftsabteil des Orbiters war sehr intolerant gegenüber Quetschdruckbelastungen.

Die beiden Unterdruckbegrenzungsventile schützen den Mannschaftsraum vor Quetschungen, wenn der Umgebungsdruck über den Druck in der Kabine ansteigt. Diese Unterdruck-Entlastungsventile platzen, wenn der Umgebungsdruck 0,2 psid über dem Kabinendruck liegt. Die Unterdruck-Entlastungsventile befinden sich unter der Seitenklappe. Kappen sind als redundante Dichtung vorgesehen, um ein Auslaufen über Bord zu verhindern (Abbildung 2-8). Wenn der Druck außerhalb der Kabine über den Kabinendruck ansteigt, knacken die Entlastungsventile, die Kappen springen ab und Luft strömt in die Kabine, um den Druck auszugleichen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sobald der Umgebungsdruck höher als ~1 bar wurde, begann die heiße, nicht atembare Atmosphäre in den Mannschaftsraum zu strömen.

Referenz: Shuttle ECLSS-Schulungshandbuch

Um fair zu sein, würde man erwarten, dass die NASA diese Ventile für eine Venus-Mission modifiziert oder genügend terranische Atmosphäre in Drucktanks einschließt, um sich beim Eintritt in die Venus-Atmosphäre auszugleichen.
@CarlWitthoft Niemand in der realen Welt würde jemals ernsthaft in Betracht ziehen, einen unmodifizierten Orbiter in die Venus zu fliegen, aber die Frage war, was passieren würde, wenn man es täte. Wenn man die erforderlichen Mods machen würde, wäre es kein Shuttle-Orbiter mehr.

In sehr groben Worten, basierend auf Daten von Wikipedia und NASA-Sites:

Ein leeres Space Shuttle wiegt etwa 165.000 Pfund (74.843 kg). Höhe 56,1 m (184 Fuß 1 Zoll). Durchmesser 8,7 m (28 Fuß 7 Zoll). Also eine Dichte von etwa 22,5 kg M 3 , während die Atmosphäre der Venus in Bodennähe 67 beträgt kg M 3 , also würde das Shuttle in etwa 15 km Höhe schweben. Oder etwas niedriger, wenn Sie ein paar tausend kg Personen und Nutzlast hinzufügen.

Wow, richtig! Aber kann es einigen atm äußerem Druck standhalten? Und ich denke, nur die Kabine ist versiegelt, also zählt nur ihr Volumen als hydrostatisch schwimmfähig.
@peterh ist richtig; Der Großteil des Volumens des Orbiters wurde in die Umgebung abgelassen.
Nur zum Vergleich: Die Luftdichte auf Meereshöhe der Erde beträgt 1,2 kg/m^3. Die Atmosphäre der Venus ist also viel, viel dichter.
Re-Shuttle-Nutzlast, indem Sie nicht als leichteres Luftschiff arbeiten space.stackexchange.com/a/39523/26356
@peterh-ReinstateMonica Ja, wir müssen möglicherweise den Rumpf aus Unobtanium wieder aufbauen oder einen Rumpf von General Products kaufen.
Lesen Welches ist das dichteste bekannte Gas? und siehe FIG. AII.3. Dampfdichte von UF6 (berechnet bei atmosphärischem Druck) (Seite 36) es sieht so aus, als hätte selbst Uranhexafluorid bei seinem Siedepunkt nur die Hälfte der Dichte, die erforderlich ist, um ein Zerkleinern zu vermeiden. Aber es ist ein interessanter Gedanke!
Radon an seinem Siedepunkt ist nicht besser, aber Uranhexachlorid könnte der Gewinner sein.
Die Maße stimmen nicht. Ich denke, sie sind für den vollen Stapel auf der Startrampe. Der Orbiter ist nur 37 Meter lang und hat auch einen kleineren Durchmesser.
@Neith danke für den Hinweis. Gibt es eine Vermutung zum Durchmesser?
@CarlWitthoft en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_orbiter sagt, dass die Ladebucht 4,6 m breit ist, aber trotzdem drucklos ist. spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/basics/orbit.html gibt an, dass das Druckvolumen 74,3 m3 beträgt, plus 4,24 m3 für die Luftschleuse. Wenn der Flug ein Spacelab oder ein MPLM beinhaltet, erhöht sich das Druckvolumen erheblich.

Es wird eine sehr harte Landung.

Ich werde die Abstiegs- und Anflugphasen von Hand winken und mich auf die Landung konzentrieren.

Die Shuttle Landing Facility ist eine Landebahn mit einer Länge von 4600 m, einer Breite von 91 m und einer Dicke von 40 cm. Das Space Shuttle benötigte am meisten bis zur ganzen Landebahn für Landungen, sogar mit Schlepprutschen.

Dieses Venus-Shuttle würde für die Landung eine ähnlich präparierte Landebahn benötigen, wenn nicht sogar noch länger. Diese Start- und Landebahn und ihr Fundament müssten aus Materialien bestehen, die Temperaturen, Drücken und korrosiven Atmosphären des Venus-Standards standhalten können. Ohne dies wird das Fahrzeug eine Landung auf unebenem Gelände versuchen und würde danach mit ziemlicher Sicherheit umfangreiche Wartungs- und Reparaturarbeiten erfordern.

Das ist nicht einmal der schwierige Teil – es wird schwierig sein, in den Weltraum zurückzukehren! Die Herstellung des Startsystems, das Stapeln des Shuttles und das Auftanken bleibt dem fortgeschrittenen Schüler als Übung überlassen.

Ok, aber die Dichte der Atmosphäre ist die Hälfte von Meerwasser. Die Freifallgeschwindigkeit des Shuttles reicht wahrscheinlich nicht für einen Absturz, ich denke, es wird sanft ankommen.
Für ein Fahrzeug, das für eine sehr lange Start- und Landebahn ausgelegt ist, ist es immer noch eine holprige Feldlandung. Daher bin ich bereit, meine Antwort auf "harte Landung, die repariert werden muss" zu revidieren.
Auch wenn die Elektronik durch die Landung nicht zerstört würde, vermutlich sind ihre Regelkonstanten nicht für eine solch dichte Atmosphäre ausgelegt. Und es ist aerodynamisch instabil, Fly-by-Wire und erfordert eine kontinuierliche elektronische Steuerung. Wenn seine Kontrolle damit umgehen kann, wird es mit Kopf ankommen. Wenn nicht, wird es wie ein geworfener Würfel ankommen.
Beachten Sie, dass die 450 ° C-Temperatur wahrscheinlich schnell alle 1. Lackierung, 2. Zahnräder und 3., am wichtigsten: Kabel verbrennt. Durchgebrannte Kabel verursachen Kurzschlüsse.
@peterh-ReinstateMonica: Das macht es noch schwieriger, wieder in den Weltraum zu kommen.
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