Würde ein kleineres Wiedereintrittsfahrzeug sehr hohe Wiedereintrittsgeschwindigkeiten besser bewältigen?

Unabhängig von der Größe wird das Fahrzeug so konstruiert sein, dass es die Wiedereintrittsgeschwindigkeiten bewältigen kann, es sei denn, jemand ist dumm. Ein kleiner kommt also nicht "besser" damit zurecht als ein großer.

Sie haben jedoch Recht, dass es einfacher ist und viel weniger Masse für einen kleinen benötigt, um die Geschwindigkeiten und andere Landeaufgaben zu bewältigen, als für einen großen.

Wenn bereits akzeptiert wurde, dass es einen vom Einstiegsfahrzeug getrennten Wohnraum geben wird, und für Inspiration Mars ist dies der Fall, dann ist es sinnvoll, das Einstiegsfahrzeug so klein wie möglich zu machen, damit die Besatzung hineinpassen und hineinpassen kann eine Stunde selbstständig die Crew unterstützen, wenn überhaupt. Das ist im Grunde die Philosophie des Sojus-Raumschiffs, das im Gegensatz zu Apollo einen separaten Lebensraum hatte.

Der ballistische Koeffizient ist eine wichtige Größe für die Betrachtung des Wiedereintritts. Ballistischer Koeffizient skaliert mit Masse/Querschnittsfläche.

Erhöhen Sie die Abmessungen einer Form um den Faktor r, und ihre Querschnittsfläche erhöht sich um r^2 und ihr Volumen um r^3. Der ballistische Koeffizient wird also mit zunehmender Größe geringer.

Hier ist ein Bild einer Reihe von Objekten, die alle den gleichen ballistischen Koeffizienten haben:

Also ja, es ist einfacher, einen günstigeren ballistischen Koeffizienten für kleine Nutzlasten zu haben.

Derzeit wird ein seltsames Projekt untersucht, um Sonden ohne Fallschirm oder Retro-Raketen oder was auch immer auf dem Mars zu "landen": Sonden werden so dünn und groß sein, dass sie einfach wie Papierblätter langsam herunterfallen, ohne beschädigt zu werden. http://www.space.com/25000-planetary-exploration-flat-landers-tech-nasa.html

Dies ist möglich, weil für eine „sanfte Landung“ eine geringe Vertikalgeschwindigkeit benötigt wird. Ein im freien Fall in der Atmosphäre zurückgelassenes Objekt beschleunigt bis zur "Endgeschwindigkeit", wenn die Luftwiderstandskraft so hoch wie die Gravitationskraft wird, sodass keine Kraft mehr auf den Körper ausgeübt wird, daher keine Beschleunigung, daher keine Geschwindigkeitsänderung.

Luftwiderstand ist$F= \frac 1 2 \rho C_d A v^2$, wo$\rho=$Luftdichte,$C_d$=Luftwiderstandsbeiwert und A=Querschnittsfläche . Je größer die Querschnittsfläche ist, desto höher ist die Luftwiderstandskraft.

Gravitationskraft (beschleunigendes Objekt):$F=mg$

Luftwiderstand (bremsendes Objekt):$F=-\frac 1 2 \rho C_d A v^2$

Daher ist die maximal erreichbare Geschwindigkeit für ein frei fallendes Objekt:$v_t=\sqrt \frac {mg}{\frac 1 2 \rho C_d A}$

Wenn du m stimmen kannst,$C_d$und A, um eine niedrige Endgeschwindigkeit (5-10 m/s) zu erreichen, erhalten Sie eine weiche Landung.

Sie brauchen also kein „kleineres“ Fahrzeug, sondern ein „größeres“ Fahrzeug

In Bezug auf Punkt zwei bedeutet ein kleineres Fahrzeug, dass es viel leichter ist. Leichtere Fahrzeuge bedeuten kleinere Wiedereintrittsschirme, was auch bedeutet, dass Sie beim Start ein geringeres Tragegewicht haben.

Je größer das Fahrzeug, desto größer muss die Überdachung sein. Dies bedeutet auch, dass der Einsatzdroge größer sein muss sowie die Dicke der verwendeten Aufhängungsmaterialien, die das Fahrzeug mit dem Fallschirm verbinden.

Je leichter die Kapsel, desto kleiner muss der Fallschirm sein.

Weitere Informationen zu Fallschirmen finden Sie in meiner anderen Antwort hier .

Ich denke, Ihr Punkt 1 ist nicht so gut formuliert, wie es sein könnte. Was Sie meinen, ist " Querschnittsfläche ", nicht " Oberfläche ".

Wenn Sie ein Material mit angemessener Wärmeübertragung verwenden (dh keine Keramikblöcke, siehe unten), können Sie mit einer größeren Oberfläche die Wärmelast effektiver verteilen. Dem gegenüber steht eine größere Querschnittsfläche, die die thermische Belastung in Form von Widerstand/Reibung/Stoßwellenerwärmung/usw. erhöht. Somit ist eine größere Oberfläche vorteilhaft und eine größere Querschnittsfläche nicht.

Beachten Sie, dass ich mich auf die "Kühlkörper" -Methode zum Umgang mit Wiedereintrittswärme beziehe. Diese Technik ist nicht für jedes Handwerk geeignet. Das Space Shuttle beispielsweise hat es nicht verwendet, sondern sich stattdessen für einen Schutz vor konvektiver Wärmeübertragung entschieden. Das Shuttle kann als riesige Thermoskanne betrachtet werden, die die Wärmeübertragung auf die Haut erschwert, während die Kühlkörpermethode als Absorption der gesamten Wärme angesehen werden kann, um sie im Laufe der Zeit wieder abzustrahlen (sobald die Wärmequelle entfernt wird).

Interessanter thermodynamischer Punkt: Bei der leitfähigen Übertragung wird Reibung angewendet, aber mit Wiedereintritts-Stoßwellen können Sie sie so gestalten, dass die Wärmelast fast vollständig konvektiv ist ... was bedeutet, dass ein Luftspalt effektiv als Ihre erste Isolationsschicht fungiert.