Wie hoch ist ungefähr die Energieverlustrate bei Wiedereintritten überlebender Kapseln?

In dieser Antwort habe ich die Spitzenenergieverlustrate eines besonders unklugen Wiedereintritts auf 3 bis 4 Gigawatt geschätzt. Es macht nichts, dass es 15-20 g Beschleunigung sind, das ist eine Menge Energie, die direkt vor dem Hitzeschild in das Gas und Plasma injiziert wird.

Meine Vermutung ist, dass bei überlebensfähigen Kapselwiedereintritten mit vorhandenen Hitzeschilden die Stromerzeugung selbst im logarithmischen Maßstab viel geringer ist.

Gibt es ungefähre Größenordnungen für die Rate des Energieverlusts an die Atmosphäre beim Wiedereintritt bemannter Kapseln?

Antworten (1)

Hier ist das Abstiegsprofil für Sojus.

Um 08:53:30 Uhr beträgt die Geschwindigkeit 7,62 km/s und die Landung erfolgt um 09:14:39 Uhr.

Über 1269 Sekunden verliert das Objekt 7,62 km/s. Kinetische Energie ist .5 m v 2 . Das sind also 29.032.200 Joule pro Kilogramm.

29.032.200 Joule/1269 Sekunden = 22878 Watt. In diesem 21-Minuten-Intervall bekomme ich etwa 23 Kilowatt pro Kilogramm.

Gemäß dem Abstiegsprofil beträgt die maximale g-Last beim Sojus-Abstieg etwa 4 g.

Ich versuche, die Abstiegsprofile der Apollo-Kapseln zu finden. Sie würden mit fast 11 km/s in die Erdatmosphäre eintreten. Aber bisher konnte ich keine Abfahrtsprofile finden, die Höhen und Geschwindigkeiten zu unterschiedlichen Zeiten angeben.

In dem Szenario, auf das Sie verlinken, erreiche ich eine Höchstgeschwindigkeit von 4,52 km / s in etwa 71 km Höhe. Impact ist 117 Sekunden später. Dafür bekomme ich 87 Kilowatt pro Kilogramm. Mehr als das Dreifache der Sojus-Kapsel. Das bei 1,85 Meter Ausladung, 6500 Kilogramm und einem Luftwiderstandsbeiwert von 0,5

Vergrößert man den Radius auf 2,9 Meter, wird eine Höchstgeschwindigkeit von 4,5 km/s in etwa 79 km Höhe erreicht. Impact ist 185 Sekunden später. In diesen 185 Sekunden hält die Kapsel 54 Kilowatt pro Kilogramm aus. Mehr als doppelt so viel wie Sojus.

Ich finde d E / d t kann direkt aus der Masse des Raumfahrzeugs und der Verzögerung in g berechnet werden, richtig? Alles, was Sie brauchen, ist die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs im Moment der maximalen g-Kraft. Ist die Macht nicht gerecht P = F v = m a v wo a = 4 g ?
Der Großteil des kinetischen Energieverlusts findet in einem engen Zeitfenster statt, irgendwo zwischen einigen zehn Sekunden und einigen Minuten, je nach Fahrzeug, irgendwo zwischen 20 und 200 Sekunden. Diese Zeit ist so kurz, dass die Wärme nicht gleichmäßig verteilt wird, daher ist kW/kg kein relevantes Konzept. Kapseln, die mit mehreren Menschen an Bord überlebensfähig aus dem Orbit zurückgekehrt sind, haben alle ungefähr die gleiche Größe (etwa 2 bis 2,5 Meter Durchmesser), also lassen Sie uns einfach über die Spitzenleistung sprechen, mit der sie erhitzt werden. Maximum aus Masse x Verzögerung x Geschwindigkeit.
Zählen Sie den Fallschirmabstieg auf keinen Fall zur Dauer. Seit 08:53:30 +03:01:00 -0:21:09 Entry Guidance enabled (80.4km, 7.62km/s)) bis zum Öffnen des Fallschirms ( 09:00:18 +03:07:48 -0:14:31 Parachute Opening (10.8km, 217m/s)) haben Sie 462 Sekunden und eine durchschnittliche Ausgangsleistung von 0,18 Gigawatt. Wenn Sie es auf die Umgebung der maximalen G-Last eingrenzen, werden Sie wahrscheinlich für kurze Zeit ein Gigawatt überschreiten.
Außerdem erhalten Sie für das Space-Shuttle- Profil während des Stromausfalls etwa 1,7 GW.
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