Wie könnten aerodynamische Kräfte den Challenger-Orbiter aufbrechen?

Wikipedias Erklärung der Abfolge der Ereignisse:

Das Versagen des O-Rings verursachte einen Bruch in der abgedichteten SRB-Verbindung, wodurch unter Druck stehendes heißes Gas aus dem Feststoffraketenmotor nach außen gelangen und auf die angrenzende SRB-Befestigungshardware und den externen Kraftstofftank auftreffen konnte. Dies führte zur Trennung der hinteren Befestigung des rechten SRB und zum strukturellen Versagen des Außentanks. Aerodynamische Kräfte lösten den Orbiter auf.

Ich verstehe, dass durch die Zerstörung des SRB eine Menge Trümmer entstanden sind und die Zerstörung des Kraftstofftanks intuitiv fatal erscheint. Aber dieser Text geht nicht in diese Richtung. Trotz der verschiedenen Trümmer wird behauptet, dass aerodynamische Kräfte den Orbiter selbst zerrissen haben. Vielleicht ist es eine Kombination aus beidem, aber es impliziert sicherlich, dass die aerodynamischen Kräfte ausreichten , um den Orbiter aufzubrechen.

Aber dieses Space Shuttle kletterte und trat nicht wieder ein. Das sollte es weit unter die Umlaufgeschwindigkeit und (ich würde annehmen) weit unter die Geschwindigkeit bringen, die das Wiedereintrittsfahrzeug in dieser Höhe sieht. Wenn es einen Hitzeschild hat, der der enormen Aerodynamik des Wiedereintritts standhalten kann, warum war dann dieser Flugpunkt offensichtlich zerstörerisch, als sich die Fluglage änderte?

Antworten (3)

Warum war dann dieser Flugpunkt offensichtlich destruktiv, als sich die Fluglage änderte?

Das Fahrzeug hatte gerade den maximalen dynamischen Druck ( max Q ) überschritten, sodass die aerodynamischen Belastungen auf der Trägerrakete und dem Orbiter zu Beginn des Zerfalls nahezu maximal waren.

Nach dem, was ich gelesen habe, wurden sowohl der Wasserstoff- als auch der Sauerstofftank ungefähr zur gleichen Zeit durchbrochen, daher geschah die Auflösung des ET sehr schnell.

Als der ET plötzlich zerfiel, änderte sich die Lage des Orbiters in Bezug auf den Geschwindigkeitsvektor, was in Kombination mit Spannungen von den Befestigungspunkten zum zerfallenden ET den Orbiter schnell auseinanderbrach.

Wenn Sie sich ein Zeitlupenvideo der ersten Momente der ET-Auflösung genau ansehen, können Sie sehen, wie sich die Nase und der Mannschaftsraum auf eine Weise nach unten drehen, wie es unmöglich wäre, wenn sie noch an der Nutzlastbucht befestigt wären.

Betrachten Sie als aktuelles Beispiel die jüngste Auflösung von Raumschiff 2 , als sich seine Lage (offensichtlich) plötzlich in Bezug auf seinen Geschwindigkeitsvektor änderte, weil die Heckausleger vorzeitig ausfederten.

Ich erinnere mich an ein Zitat von Story Musgrave, dass das Shuttle ... "sehr zerbrechlich ist. Ein Schmetterling, der auf eine Kugel geschraubt wird, wissen Sie."

Wenn es einen Hitzeschild hat, der der enormen Aerodynamik des Wiedereintritts standhält

Relevant sind hier die strukturellen Belastungen des Orbiters. Die Belastungen beim (nominalen) Wiedereintritt sind um einiges geringer als die Belastungen beim Aufstieg.

Als zusätzliche Anmerkung ist der Hitzeschild des Space Shuttles (meistens) unglaublich zerbrechlich – etwa wie Styropor. Nur die hellgrauen verstärkten Carbon-Carbon-Anteile an der Nase und den Flügelvorderkanten sind physisch stark.

Aus demselben Wikipedia-Artikel:

Challenger wich von seiner korrekten Haltung in Bezug auf den lokalen Luftstrom ab, was zu einem Belastungsfaktor von bis zu 20 (oder 20 g) führte.

Der SRB schob den Stapel seitwärts. Da die Nase nicht mehr in den Wind zeigte, wurde die aerodynamische Belastung viel größer als bei einem normalen Aufstieg oder Abstieg.

Jedes Hochleistungsflugzeug bricht zusammen, wenn es mit hoher Geschwindigkeit abrupt aus seiner Fahrtrichtung gedreht wird.

Im normalen Flug fangen die dünnen Vorderkanten der aerodynamischen Oberflächen relativ wenig Luftwiderstand ab, sodass relativ wenig Kraft auf die Flügel wirkt und sie über die Länge des Flugzeugs gerichtet ist. Wenn sich das Flugzeug aus der Fahrtrichtung dreht, wird der effektive aerodynamische Querschnitt der Flügel und des Hecks plötzlich viel größer, und die Belastung der Flügel steigt schnell auf 20 g, wie in Hobbes 'Antwort angegeben. Die maximal erwartete Belastung des Shuttles betrug etwa 3 g (beim Wiedereintritt), und die Flugzeugzelle wurde für 5 g bewertet.

Denken Sie auch daran, dass der heißeste und schnellste Teil des Wiedereintritts in sehr dünner Luft in großer Höhe stattfindet. Im Gegensatz dazu ereignete sich die Challenger-Explosion während des Aufstiegs auf 48.000 Fuß – bei 14 % des Drucks auf Meereshöhe ist dies immer noch relativ dichte Luft im Vergleich zu Beginn des Wiedereintritts und ein schlechter Ort, um mit Mach 2 seitwärts zu fliegen.

"Statt den 3g eines normalen Wiedereintritts" brach Challenger beim Aufstieg ab, nicht beim Wiedereintritt. Vielleicht möchten Sie das klären. Es war Columbia , die beim Wiedereintritt zerstört wurde.
Der Verweis auf den Wiedereintritt ist sowohl in der Frage als auch in den Antworten korrekt: Die aerodynamischen Belastungen sind beim Wiedereintritt größer, daher muss der Orbiter dafür ausgelegt sein.
Richtig, wollte nicht andeuten, dass Challenger im Wiedereintritt war. :)