Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe komen ruimtevaartuigen opnieuw de aarde binnen?

Objecten die de atmosfeer van de aarde binnendringen, staan ​​een zware reis te wachten. Pete Turner/Stone Collection/Getty Images

Een ruimtevaartuig de ruimte in lanceren is één ding. Het terugbrengen is iets anders.

De terugkeer van ruimtevaartuigen is om verschillende redenen een lastige zaak. Wanneer een object de atmosfeer van de aarde binnendringt, ervaart het een aantal krachten, waaronder zwaartekracht en slepen . De zwaartekracht zal een object op natuurlijke wijze terugtrekken naar de aarde. Maar de zwaartekracht alleen zou ervoor zorgen dat het object gevaarlijk snel zou vallen. Gelukkig bevat de atmosfeer van de aarde luchtdeeltjes. Terwijl het voorwerp valt, raakt en wrijft het tegen deze deeltjes, waardoor er wrijving ontstaat . Deze wrijving zorgt ervoor dat het object weerstand of luchtweerstand ervaart , waardoor het object wordt vertraagd tot een veiligere instapsnelheid. Lees meer over deze factoren in "Wat als ik een cent van het Empire State Building zou gooien?"

Deze wrijving is echter een gemengde zegen. Hoewel het weerstand veroorzaakt, veroorzaakt het ook intense hitte. Concreet hadden shuttles te maken met intense temperaturen van ongeveer 3000 graden Fahrenheit (ongeveer 1649 graden Celsius) [bron:Hammond]. Stompe body ontwerp hielp het hitteprobleem te verlichten. Wanneer een object (met het stompe oppervlak naar beneden gericht) terugkeert naar de aarde, veroorzaakt de stompe vorm een ​​schokgolf voor het voertuig. Die schokgolf houdt de warmte op afstand van het object. Tegelijkertijd vertraagt ​​de stompe vorm ook de val van het object [bron:NASA].

Het Apollo-programma, dat in de jaren zestig en zeventig verschillende bemande schepen vanuit de ruimte heen en weer bracht, bekleedde de commandomodule met speciale ablatieve materiaal dat bij terugkeer opbrandde en warmte absorbeerde. In tegenstelling tot de Apollo-voertuigen, die voor eenmalig gebruik werden gebouwd, waren space shuttles herbruikbare lanceervoertuigen (RLV's). Dus in plaats van alleen maar ablatief materiaal te gebruiken, hebben ze duurzame isolatie ingebouwd. Vervolgens gaan we dieper in op het moderne herintredingsproces voor shuttles.

De ondergang van de satelliet

Satellieten hoeven niet eeuwig in de baan van de aarde te blijven. Oude satellieten vallen soms terug naar de aarde. Vanwege de barre omstandigheden bij terugkeer kunnen ze op weg naar beneden ernstig verbranden. Sommigen van hen kunnen de val echter overleven en het aardoppervlak raken. Bij gecontroleerde valpartijen manipuleren ingenieurs de voortstuwingssystemen van een satelliet om deze op een veilige plek, zoals de oceaan, te laten vallen.

De afdaling van een Space Shuttle

De voorranden en neus van de shuttle gebruikten RCC-materiaal NASA

Bij het opnieuw betreden van de aarde draait alles om houdingscontrole . En nee, dit betekent niet dat astronauten een positieve houding moeten aannemen (hoewel dat altijd nuttig is). Het verwijst eerder naar de hoek waaronder het ruimtevaartuig vliegt. Hier is een overzicht van een shuttle-afdaling:

  • Baan verlaten :Om het schip te vertragen van zijn extreme baansnelheid, draaide het schip zich om en vloog zelfs een tijdje achteruit. De orbitale manoeuvreermotoren (OMS) duwden het schip vervolgens uit de baan en richting de aarde.
  • Afdaling door atmosfeer :Nadat hij veilig uit de baan was, draaide de shuttle opnieuw met zijn neus eerst en kwam met zijn buik naar beneden (als een buikflop) de atmosfeer binnen om te profiteren van de weerstand met zijn stompe bodem. Computers trokken de neus omhoog naar een aanvalshoek (dalingshoek) van ongeveer 40 graden.
  • Landen :Als je de film 'Apollo 13' hebt gezien, herinner je je misschien dat de astronauten in hun commandomodule naar de aarde terugkeren en in de oceaan landen waar reddingswerkers ze oppikken. Spaceshuttles leken en landden veel meer op vliegtuigen. Toen het schip laag genoeg was, nam de commandant de computers over en leidde de shuttle naar een landingsbaan. Terwijl het langs de strook rolde, zette het een parachute in om het te vertragen.

De reis terug naar de aarde is een hete reis. In plaats van de ablatieve materialen die op het Apollo-ruimtevaartuig te vinden waren, hadden space shuttles speciale hittebestendige materialen en isolerende tegels die de hitte konden vasthouden.

In deze afbeelding laten NASA-medewerkers zien waar de Columbia tegelschade opliep tijdens zijn eerste vlucht. NASA/Space Frontiers/Hulton Archive/Getty Images
  • Versterkte koolstof Koolstof (RCC) :Dit composietmateriaal bedekte de neus en randen van de vleugel, waar de temperaturen het heetst worden. In 2003 raakte de RCC van Columbia beschadigd tijdens de lancering, waardoor deze bij terugkeer in brand vloog, waarbij alle zeven bemanningsleden omkwamen.
  • Vezelachtige vuurvaste composietisolatie (FRCI) :Deze zwarte tegels hebben op veel plaatsen HRSI-tegels vervangen omdat ze sterker, lichter en hittebestendiger zijn.
  • Herbruikbare oppervlakte-isolatie bij lage temperaturen (LRSI) :Deze witte silicategels zijn dunner dan HRSI-tegels en beschermen verschillende gebieden tegen temperaturen tot 649 graden Celsius.
  • Geavanceerde flexibele herbruikbare oppervlakte-isolatie (AFRSI) :Deze buitendekens zijn gemaakt van silicaglasweefsel en zijn geïnstalleerd op het voorste bovenste gedeelte van een shuttle en zijn bestand tegen temperaturen tot 1500 graden F (816 graden C). In de loop der jaren hebben deze een groot deel van het LRSI-materiaal op een shuttle overgenomen.
  • Herbruikbare oppervlakte-isolatie van vilt (FRSI) :Dit materiaal is bestand tegen temperaturen tot 371 graden Celsius en is gemaakt van warmtebehandeld wit Nomex-vilt (een materiaal dat wordt gebruikt in beschermende kleding voor brandweerlieden).

Bekijk de links die volgen voor meer informatie over de uitdagingen die de ruimteverkenning met zich meebrengt.

Bittere herinneringen

Net zoals de ramp met de Challenger in 1986 ons eraan herinnerde hoe riskant lanceringen van shuttles zijn, herinnerde de ramp met Columbia ons eraan hoe gevaarlijk het opnieuw binnendringen van de atmosfeer is. In 2003 verbrandde de space shuttle Columbia en zijn zeven bemanningsleden toen ze terugkeerden naar de aarde. Na onderzoek ontdekte NASA dat schade aan de linkervleugel (die daadwerkelijk plaatsvond tijdens het opstijgen) hete lucht binnenliet bij terugkeer, waardoor de shuttle de controle verloor en verbrandde.

Veelgestelde vragen

Hoe beïnvloedt de terugkeerhoek het vermogen van een ruimtevaartuig om intense hitte te weerstaan?
De hoek van terugkeer is cruciaal voor het beheersen van de hitteblootstelling van het ruimtevaartuig. Een steile terugkeerhoek kan leiden tot overmatige verhitting en mogelijke schade, terwijl een te ondiepe hoek ertoe kan leiden dat het ruimtevaartuig door de atmosfeer stuitert. De optimale hoek zorgt ervoor dat het ruimtevaartuig intense hitte kan weerstaan ​​door middel van gecontroleerde vertraging en warmteverdeling, waarbij thermische beschermingssystemen effectief worden gebruikt.
Welke vooruitgang is er geboekt op het gebied van thermische beveiligingssystemen sinds de Space Shuttle?
Sinds het Space Shuttle-tijdperk zijn de ontwikkelingen op het gebied van thermische beschermingssystemen (TPS) gericht op het verbeteren van de hittebestendigheid en duurzaamheid. Nieuwe materialen en technologieën, zoals verbeterde ablatieve coatings, versterkte koolstof-koolstof en geavanceerde silicategels, bieden een betere bescherming tegen terugkerende temperaturen.

Veel meer informatie

Gerelateerde artikelen

  • Waarom zweven er tientallen dode dieren in de ruimte?
  • Hoe Space Shuttles werken
  • Hoe draaien satellieten in een baan om de aarde?
  • Hoe ruimtestations werken
  • Hoe ruimteafval werkt

Meer geweldige links

  • NASA
  • VS Honderdjarig bestaan
  • Space.com

Bronnen

  • Cuk, Matija, Dave Rothstein, Britt Scharringhausen. "Waarom hebben ruimtevaartuigen hitteschilden nodig die terugkomen naar de aarde, maar niet vertrekken?" Afdeling Astronomie van Cornell University. Januari 2003. (9 mei 2008) http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=448
  • Day, Dwayne A. "Reentry Vehicle Technology." Amerikaanse Centennial of Flight Commission. (9 mei 2008) http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/reentry/Tech19.htm
  • Dumoulin, Jim. "Space Shuttle Orbiter-systemen." NASA Kennedy Space Center. (9 mei 2008) http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/sts_sys.html
  • Hammond, Walter Edward. "Ontwerpmethodologieën voor ruimtevervoersystemen." AIAA, 2001. (9 mei 2008) http://books.google.com/books?id=uxlKU3E1MUIC&dq=Design+ Methodologies+for+Space+Transportation+Systems&as_brr=3&client=firefox-a&source=gbs_summary_s&cad=0
  • Jacobson, Nathan S. "As-Fabricatede versterkte koolstof / koolstof gekenmerkt." NASA. Juli 2005. (9 mei 2008) http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2004/RM/RM01D-jacobson1.html
  • NASA. "Avonturen met Apollo." Ames Onderzoekscentrum. (9 mei 2008) http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2004/moon/adventure_apollo.html
  • NASA. "HSF - De shuttle:binnenkomst." NASA. 13 februari 2003. (9 mei 2008) http://www.spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/shutref/events/entry/
  • Pete-Cornell, M. Elisabeth. "Veiligheid van het thermische beveiligingssysteem van de Space Shuttle Orbiter:kwantitatieve analyse en organisatorische factoren." Rapport aan de National Aeronautics and Space Administration, december 1990. (9 mei 2008) spaceflight.nasa.gov/shuttle/archives/sts-107/investigation/tps_safety.pdf



Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Een titerrapport lezen
  2. Genetische mutatie verantwoordelijk voor nieuw vachtpatroon bij katten in Finland geïdentificeerd
  3. De productie van recombinante menselijke groeihormonen door Recombinant DNA Technology
  4. Wat is cyberchondrie?
  5. Percepties van bewoners over de halsbandparkiet in Groot-Brittannië
  6. Waarom zie je nooit vierkante groenten?
  7. Een klimaatschurk? De impact van vlees op de planeet meten en beheren
  8. Het zien van voedsel kan vissen naar het land hebben gelokt
  9. Waarom kunnen slangen niet knipperen?

Wetenschap