Wie stark wird ein typisches Wiedereintrittsfahrzeug durch Hitzeschildablation verzögert?

Die meisten Raumfahrzeuge (oder Teile davon), die den atmosphärischen (Wieder-)Eintritt überleben sollen, verwenden einen ablativen Hitzeschild , der, wenn er der starken aerodynamischen Erwärmung des (Wieder-)Eintritts ausgesetzt wird, allmählich ablatiert und eine Schicht aus heißem Gas ausstößt, die ihn abschirmt Fahrzeug aus dem viel heißeren Gas und Plasma, das es sonst zerstören würde; Dies ermöglicht es dem Fahrzeug, die Atmosphäre zu nutzen, um von einer Geschwindigkeit nahe der Umlaufbahn abzubremsen, ohne der massiven Erwärmung zu erliegen, die durch das Auftreffen auf die Atmosphäre mit Geschwindigkeit nahe der Umlaufbahn entsteht.

Wenn ein Hitzeschild abgetragen wird, werden alle dadurch erzeugten Ex-Hitzeschildgase in Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach vorne ausgestoßen; Sie können nicht rückwärts entkommen, da die Kapsel im Weg ist. Dies sollte eine kleine zusätzliche Bremskraft zusätzlich zu der durch den Luftwiderstand bereitgestellten erzeugen; Wie viel zusätzliche Verzögerung erfährt das durchschnittliche Wiedereintrittsfahrzeug als Ergebnis des Rückstoßes der Gase, die aus dem abschmelzenden Hitzeschild ausgestoßen werden?

Das Ablationsgas würde senkrecht zur Oberfläche ausgestoßen werden, daher hängt es von der Form des Fahrzeugs ab (Apollo CM vs. Vostok/Voskhod). Auch der Massendurchsatz des ausgestoßenen Gases (und daher die entsprechende Geschwindigkeit des Gases) würde von der Oberflächentemperatur des ablativen Hitzeschilds abhängen, und letztere würde von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Atmosphärendichte abhängen und sich ändern, wenn das Fahrzeug abfällt. Dies wäre ein stark nichtlinearer Effekt über die absteigende Höhe. Und vielleicht würde es eine winzige Menge an Entschleunigung hinzufügen.
Ihre Annahmen sind, wie LeoS betont, falsch. Am Hitzeschild befindet sich eine stagnierende Hochdruckluftschicht. Ich bezweifle, dass ein Großteil des verdampften Materials überhaupt aus dieser Region entweicht.
Es gibt keine Düse, die Ex-Hitzeschildgasen eine bestimmte Richtung gibt wie die Düse eines Raketentriebwerks.

Antworten (1)

Ich glaube nicht, dass Sie nur die Ablativprodukte separat betrachten können.

Es gibt eine Region mit heißem Hochdruckgas, die die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs verlangsamt. Dieser Druck liefert die Kraft.

Der Druck wiederum setzt sich aus der Bewegung von Molekülen sowohl des abtragenden Materials als auch (meistens) des einfallenden Gases zusammen.

Dieses Druckprofil wird fast vollständig durch den einfallenden Strom von Tonnen/Sekunde von Hochgeschwindigkeitsluft dominiert; die Zugabe von höchstens einigen kg/s ablativem Gas wird es nicht nachweisbar ändern.

Mikroskopisch betrachtet stammt das Druckprofil von Gasmolekülen, die mit hohen thermischen Geschwindigkeiten von der Oberfläche abprallen. Zumindest in der Unterschallregion, die der Oberfläche am nächsten ist, springen sie viele Male nahezu im Gleichgewicht hin und her. Das Hinzufügen von ein paar Promille, die gerade zum ersten Mal emittiert werden, anstatt abzuprallen, wird dieses Gleichgewicht nicht ändern, daher der Druck, daher die Kraft.

Ich bezweifle stark, dass im Unterschallbereich genügend Temperatur vorhanden wäre, um das Gas aus dem Schild abzutragen.
@LeoS Ich muss nicht klar gewesen sein. Es gibt einen Unterschallbereich von Gas, das direkt neben der Haut in den Trennstößen eingeschlossen ist. Außer dort, wo Stoßdämpfer angebracht werden, und es wird viel Aufwand betrieben, um zu verhindern, dass Stoßdämpfer angebracht werden.
Wie stark wird ein typisches Wiedereintrittsfahrzeug durch Hitzeschildablation verzögert?
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