Zurück vom Mond

Es ist eine lange Reise, aber es geht alles „bergab“ – sobald das Raumschiff den Gravitationseinflussbereich des Mondes verlässt, bringt es die Schwerkraft der Erde nach Hause.

Der Prozess des Verlassens des Mondes wird als „Trans-Earth Injection“ oder TEI bezeichnet ; Das Raketentriebwerk des CSM feuert etwa zweieinhalb Minuten lang, erhöht die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs in der Mondumlaufbahn um etwa 1000 m/s und verbrennt dabei etwa 10.000 Pfund (4,5 Tonnen) Treibmittel.

Dies ist ein erweiterter Kommentar zur Antwort von Jumpjack, da er eine interessante Frage aufwirft und für einen Kommentar zu lang ist. Die interessante Frage ist:

Wie viel Energie muss ein vom Mond zurückkehrendes Raumfahrzeug beim Eintritt in die Atmosphäre verlieren , und in welchem ​​Verhältnis steht dies zu der Energie, die zum Starten des Raumfahrzeugs erforderlich ist?

Nun, das können wir beantworten, und wie es Tradition ist, werde ich Apollo 11 nehmen. Basierend auf dem Apollo 11-Flugjournal war die Geschwindigkeit des CM an der Eingangsschnittstelle$11045\,\mathrm{m/s}$. Von der NASA war die Apollo 11 CM Masse$5557\,\mathrm{kg}$.

Wenn wir davon ausgehen, dass das CM nach dem Splashdown stationär war, dann ist die Menge an verlorener Energie gleich$3.39\times 10^{11}\,\mathrm{J}$.

Nun, die Energiedichte von Kerosin (aus Wikipedia ) ist$43\times 10^6\,\mathrm{J/kg}$, also der Energieverlust durch das CM entspricht$7880\,\mathrm{kg}$von RP-1.

Also trug der S1-C herum$770\,\mathrm{m^3}$von RP-1, und die Dichte von RP-1 ist etwa$850\,\mathrm{kg/m^3}$: mit anderen Worten, der S1-C wurde herumgetragen$654\times 10^3\,\mathrm{kg}$von RP-1.

So geht die Energie auf dem Rückweg durch die Atmosphäre verloren$1.2\%$der im S1-C verfügbaren Energie.

Das Raumschiff muss ausreichend beschleunigen, damit seine Zentrifugalkraft die Schwerkraft des Mondes überwindet und so der Mondumlaufbahn entkommt. Bei richtiger Berechnung wird die Umlaufbahn verlassen, wenn sich das Raumschiff näher an der Erde befindet, sodass es schließlich von der Erdanziehungskraft erfasst und zurückgezogen wird.

Aber das ist nur der "einfache" Teil.

Dann muss das Raumschiff die gesamte Energie verlieren, die die Rakete beim Start von der Erde hineingesteckt hat! Wenn ein Motor verwendet würde, würde er fast die gleiche Menge an Treibstoff benötigen, die zum Starten des Raumfahrzeugs verwendet wird. Anstatt durch den Motor langsamer zu werden, gibt das Raumschiff seine Energie an das Erdsystem zurück, indem es Luftreibung nutzt: die "potentielle Energie" (Masse * 9,81 m/s 2 * Höhe ⁾ und die kinetische Energie (0,5 * Masse * Geschwindigkeit ² ) werden in Wärme umgewandelt, die in die Atmosphäre abgegeben wird.

Einige Raumfahrzeuge verwenden nur Luftreibung, um abzubremsen, andere (moderne) verwenden im letzten Teil des Landevorgangs auch Retroraketen.