Wie berechnen orbitale Raumfahrzeuge den Wiedereintritt?

In Wirklichkeit würde ein Wiedereintrittsbrand niemals ausreichen, um einen bestimmten Punkt zu erreichen. Sie können höchstens innerhalb eines bestimmten Bereichs zielen (z. B. Spritzwasser im Pazifik), aber die Unsicherheiten in Ihrer tatsächlichen Aufprallposition werden sehr groß sein. Entweder müssen Sie regelmäßig Korrekturmanöver durchführen oder Sie sorgen dafür, dass Ihr Raumschiff einfach verbrennt und niemals den Boden erreicht.

Angenommen, Sie haben ein SEHR genaues Modell der Atmosphäre (einschließlich Wind) und genaue Kenntnisse der Lage Ihres Satelliten, ist der Prozess der Bestimmung der erforderlichen Brenndauer und -richtung eine rein numerische Optimierung. Die Bewegungsgleichungen eines wieder eintretenden Satelliten sind sehr nichtlinear und es gibt keine analytische Lösung.

In Wirklichkeit wird es eine Kombination aus numerischer Optimierung zur Berechnung der Wiedereintrittsverbrennung und einem ausgeklügelten Steuerungssystem sein, um den Satelliten so nah wie möglich an der Referenzbahn zu halten.

Bearbeiten: Bei Raumflugzeugen gilt dies nicht, da sie einfach zu der Stelle gleiten können, zu der sie gehen möchten, und viel mehr Kontrolle über ihre Flugbahn haben.

Nicht wirklich eine wissenschaftliche Antwort, aber es sollte bei der Frage helfen:

Ein unkontrollierter Wiedereintritt ist meist nicht vorhersehbar. Wenn ein Satellit auf einer niedrigen Erdumlaufbahn Luftwiderstand durch atmosphärische Reibung erfährt, ist es fast unmöglich, einen Wiedereintritt vorherzusagen. Der Luftwiderstand hängt von unzähligen Faktoren wie Sonnenaktivität und Wetter ab und ändert sich ständig. Da der Satellit alle ~90 Minuten einmal um die ganze Erde kreist, befinden Sie sich bereits auf der anderen Seite des Planeten (plus einer gewissen Verschiebung von der Erdrotation), wenn Sie sich um 45 Minuten irren. Je näher Sie kommen, desto besser können Sie rechnen, oft basierend auf Live-Messungen. Deshalb ist es unmöglich zu wissen, wo ein zerfallender Satellit einschlagen wird, nicht einmal einen Tag vor seinem Absturz.

Kontrolliert ist etwas anders. Angenommen, Sie haben keine stark elliptische Umlaufbahn, wenn Sie rückläufig brennen (dh gegen die orbitale Flugrichtung - im Grunde "bremsen"), erstellen Sie ein Perigäum (dh den niedrigsten Punkt in der Umlaufbahn) auf der genau anderen Seite des Objekts, auf dem Sie sich befinden umkreisen. Mit einer ausreichend starken retrograden Verbrennung können Sie diesen Punkt tief in die Atmosphäre oder in den Planeten absenken. Wenn Sie den richtigen Zeitpunkt wählen, können Sie einen Wiedereintrittspunkt Ihrer Wahl erstellen - es ist nicht sehr präzise, ​​aber Sie können zumindest zuverlässig einen bestimmten Bereich eines Ozeans Ihrer Wahl oder beispielsweise Sibirien treffen.

Space Shuttles tun das und fügen der Mischung die Kontrolle über den atmosphärischen Flug hinzu, was ihnen genug Kontrolle gibt, um auf einer Landebahn zu landen.

Die Art und Weise, wie Raumfahrzeuge dies tun, erfolgt über einen Wiedereintrittsbrand unter Verwendung der besten Schätzungen der Atmosphäre und durch einige geringfügige Korrekturen des Pfades während des Wiedereintritts. Das beste Beispiel dafür ist das Space Shuttle, das aufgrund der aerodynamischen Oberflächen präzise landen könnte, aber jedes Raumschiff hat eine gewisse Fähigkeit, sich innerhalb der Atmosphäre selbst zu steuern. Es ist sehr selten, einen reinen "ballistischen Wiedereintritt" zu haben, aber sie wurden manchmal durchgeführt, insbesondere in den frühen Tagen des Weltraumprogramms.

Grundsätzlich ermöglicht die Ausrichtung der Kapsel, dass sie ihre Richtung leicht ändert. Sojus kann mit einer Genauigkeit von 28 km landen. Siehe Wie ist die Landegenauigkeit von Dragon (unter Fallschirmen) im Vergleich zu Sojus? für einige Vergleiche mit Dragon und einige Rohwerte.