Wenn ein Space-Shuttle-Kachel von selbst deorbitiert, welcher Prozentsatz seiner Masse, wenn überhaupt, würde in einem Stück bleiben, bis es die Erdoberfläche erreicht?

Wenn ein Space-Shuttle-Kachel von selbst deorbitiert, wie viel Prozent seiner Masse, wenn überhaupt, wäre noch in einem Stück, wenn und wenn es die Erdoberfläche erreicht?

Die Frage wurde von einem der Kommentare zu dieser Frage inspiriert: Gibt es ein sehr leichtes Material, das deorbitieren könnte, ohne zu verbrennen? insbesondere: "Triviales Beispiel: Ein richtig geformtes Stück der Kacheln, die im Shuttle verwendet werden. – Loren Pechtel, 3. Mai um 5:22 Uhr".

Auch inspiriert von diesem Kommentar: „Die Frage ist fehlerhaft – nichts kann möglicherweise schnell genug Wärme an das Feuer abgeben, weil es keinen Ort gibt, an den es abgegeben werden könnte ) und den Eintritt dessen, was durchkommt, so weit zu verlangsamen, dass Sie nicht kochen, bevor es vorbei ist. – Loren Pechtel, 8. Mai um 0:47 Uhr auf diese Frage: Gibt es ein sehr leichtes Material, das deorbitieren könnte, ohne zu verbrennen?

Mir scheint, diese Frage ist praktisch unbeantwortbar durch die Tatsache, dass besagte Kacheln, da bin ich mir fast sicher, thermisch anisotrop waren. Können wir vielleicht annehmen, dass die "Fliese" eine Kugel ist, sagen wir, mit einem Radius von 8 cm, die wie eine der betrachteten Fliesen aufgebaut ist (dh mit der aufgebrachten schwarzen Beschichtung)?

Antworten (1)

Die Frage ist nicht falsch - die Wärmeabstrahlung erfordert kein Medium.

Dieser NASA Tech Brief (NTRS ID: 19750000042) und viele andere Quellen geben die maximale Temperatur der wiederverwendbaren Hochtemperatur-Oberflächenisolierungsplatten (HRSI) mit 2300 °F (1543 K) an. Ich habe auch diese veraltete Website von Purdue gefunden , die eine maximale Einwegtemperatur von 2800 ° F (1810 K) behauptet. Ich habe keine Informationen darüber gefunden, wie die Fliesen mit Temperaturen jenseits dieser Grenzen umgehen.

Ich habe eine Simulation eines Objekts durchgeführt, das mit den folgenden Parametern in die Atmosphäre eintritt (stumpfer 60 ° -Körper angenommen, weil es einfacher ist, Erwärmung und Aerodynamik zu modellieren):

  • Masse: 150 Gramm (basierend auf der Sphäre der Dichte 144 k G M 3 )
  • Durchmesser: 6" (15 cm)
  • Luftwiderstandsbeiwert: 1,5 [ 1 ]
  • Ballistischer Koeffizient: 5.7 k G M 2
  • Eintrittsgeschwindigkeit: 7.4 k M S
  • Eintrittswinkel: − 0,01 ° (versucht, einen langsamen Zerfall der Umlaufbahn zu emulieren)
  • Thermischer Emissionsgrad: 0,85 [ 2 ]
  • Sutton-Graves-Konvektionsheizung (Strahlungsheizung ignoriert)
  • Strahlungsgleichgewicht zur Ermittlung der Oberflächentemperatur ( Q ˙ = ϵ σ T 4 )

Hier sind die Ergebnisse: Thermische Umgebung

Die Stagnations-(analog zur Oberflächen-)Temperatur überschreitet beide Maxima für einen Zeitraum von etwa einer Minute. Ich vermute, dass dies nicht lange genug ist, um eine erhebliche Menge an Material abzutragen, daher sollten die meisten (wenn nicht alle) überleben.

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Können Sie erklären, was diese Grafik bedeutet?
@MatthewChristopherBartsh die konvektive Staupunktheizung (in grün, rechte y-Achse) wird als verwendet Q ˙ um die Strahlungsgleichgewichtstemperatur zu finden ( unter Verwendung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes ), aufgetragen als durchgezogene schwarze Linie (linke y-Achse). Die gestrichelte schwarze Linie ist die Umgebungslufttemperatur (linke y-Achse). Das Strahlungsgleichgewicht gibt eine gute Annäherung an die momentane Lufttemperatur am Staupunkt (als Wandtemperatur bezeichnet).
@MatthewChristopherBartsh Dieser NASA-Vortrag zur Aerothermodynamik gibt einen ausführlichen Überblick über viele dieser Ideen (ich schlage vor, ihn herunterzuladen, da sich die URL routinemäßig ändert).
Wenn ein Space-Shuttle-Kachel von selbst deorbitiert, welcher Prozentsatz seiner Masse, wenn überhaupt, würde in einem Stück bleiben, bis es die Erdoberfläche erreicht?
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