1.3M
4 года назад · 5 фото · 18315 просмотров · 49 комментариев
Почему аппараты, летящие с МКС на Землю, не сгорают в атмосфере? (5 фото)
Метки: #МКС #атмосфера #интересно #космос #факты #фото
Атмосфера Земли играет, в том числе, защитную функцию — влетая в нее, космические объекты начинают гореть. В результате до поверхности не долетает большинство метеоритов и космического мусора. Без защитного слоя, сжигающего объекты, попадающие в атмосферу извне, планету бы постоянно бомбардировали разнообразные предметы.
Спускаемый аппарат Союз ТМА-10 М
Но эта же особенность атмосферы является проблемой для космонавтики.
Как удается возвращать астронавтов и обратно на Землю?
Почему аппараты с МКС не сгорают в плотных слоях атмосферы?
Земля в иллюминаторе
Космическим аппаратам, возвращающимся на Землю, плотные слои атмосферы грозят серьезными проблемами.
Падение метеорита
Приближаясь к планете, объекты начинают ускоряться под воздействием притяжения. Влетая на такой скорости в атмосферу, за счет трения они начинают разогреваться до существенных температур. Ниже, где в атмосфере уже много кислорода, раскаленный корпус такого аппарата начинает гореть.
Но ведь космонавтов и некоторое ценное оборудование нужно как-то возвращать на Землю?
Как проблему сгорания в атмосфере удалось решить конструкторам?
Несгораемая капсула
Когда в новостях показывают репортажи о возвращении космонавтов с МКС, то можно заметить, что приземлившаяся капсула практически черного цвета. Она обуглилась, проходя через атмосферу.
Но все таки не сгорела!
Чтобы обеспечить возвращение людей, изобретателям пришлось предусмотреть целый комплекс условий.
Капсула с МКС
Космонавты, завершив свою миссию, летят обратно с МКС на Землю. Путь домой длится 3 часа. Все это время люди находятся в особой капсуле. Она отстыковывается от станции и летит в сторону планеты. На первом этапе капсула снижается целиком. Изначально скорость падения составляет 28000 км в час. Пока еще работают тормозные двигатели, они насколько возможно снижают скорость.
За 140 км от поверхности Земли капсула разваливается на три части. Аппаратный блок и бытовые отсеки сгорают в атмосфере. Это позволяет минимизировать площадь трения.
Уже совсем маленькая капсула с людьми продолжает снижаться.
Чтобы она не сгорела, была разработана специальная абляционная защита.
Капсула имеет изогнутую экранирующую оболочку, которая частично отражает ударную волну, возникающую при столкновении с молекулами воздуха. Это частично уменьшает температуру нагрева.
Весь корпус маленькой капсулы покрыт специальным составом на основе асбеста. Этот материал устойчив к возгоранию. Поэтому поверхность капсулы начинает гореть, но очень медленно. Слой рассчитан так, чтобы времени его сгорания хватило для прохождения плотных слоев атмосферы.
В результате развала капсулы и сопротивления атмосферы скорость постепенно снижается до 800 км в час. На высоте 10 км выбрасывается тормозной парашют, скорость, а значит — и температура корпуса еще снижаются.
Непосредственно над поверхностью Земли скорость составляет уже около 20 км в час.
Космонавты в капсуле
Космонавты успешно приземляются. Правда для минимизации трения площадь поверхности капсулы должна быть как можно меньше. Поэтому путь домой космонавтам приходится преодолевать буквально свернувшись в комочек в крошечной капсуле.
Метки: #МКС #атмосфера #интересно #космос #факты #фото
все-таки космос - это пиьдецки сложно. возможно, это самое сложное. возможно, ядерная физика может где-то сравниться. но это все равно пиьдецки сложно. и это рядом не стоит с блеянием этого говноафтара.
Экзамены скоро. Уже второй школьный "космический" реферат за неделю. На фишках.
Вот интересно, до какой температуры разогревается СА? Булыжники из космоса сгорают без остатка, а СА нет, хоть и полая. Согласно Вики при аэродинамическом торможении образуется более 30МДж тепловой энергии с каждого килограмма масс, при спуске СА.. Вес СА 2,8т + космонавты итого 3т. Это 90ГДж, мне кажется это более, чем дохрена.
Тут есть одно но. Булыжник от трения об атмосферу нагревается весь, тепло с его поверхности передается в тело. Покрытие спускаемой капсулы обладает низкой теплопроводностью. Оболочка раскаляется до состояния плазмы, а внутри "всего" около пятидесяти градусов. Поэтому, на данном этапе траектории спуска, радиосвязь с экипажем невозможна. Любая антенна сгорит нахрен да и плазма не пропускает сигнал. Вот тут наступает еще одно советское know-how, если что-то невозможно охладить, то это надо отбросить. Раскаленные слои оболочки спускаемого аппарата отрываются набегающим потоком и улетают, унося с собой гигакалории. Вместо них начинают работать внутренние слои. И так много раз, почти как луковица.
А зависит от типа корабля, скорости и траектории спуска. У Аполлона или Союза температура за бортом 1600-2500 градусов Цельсия. А вот у тех же шаттлов, что у штатовских, что у Бурана, - меньше. Там на кромках крыльев и на носу температура порядка 1200-1300 градусов.
Ок, а как Маск возвращает ракеты многократного использования? Как приземлялись шатлы и буран?
Учи мат.часть. У Маска возвращается только часть ракеты, разгонный модуль. Он не получает такой скорости падения как посадочная капсула. Шаттлы имели ракетные двигатели, и какую-никакую аэродинамику. Что заранее позволяло снизить скорость падения. И сейчас полно самолётов способных летать в стратосферу. Но шаттлы дико сложные и затратные для использования в качестве такси.
На шатлах тоже была сгораемая теплоизоляция на носовой и нижней части. Также и плоскости, подобные самолетным, для планирования в атмосфере и контроля спуска.
Обтекатель сбрасывается у Фалькона на 7700 км*ч и тупо падает в океан свысоты 100 км. И ничё, выловили, протёрли ветошью и вновь полетел.
На шаттлах она не сгораемая. если максимально просто, то на шаттлах использовалось 3 (на самом деле больше) типа теплозащиты - нос и кромки крыльев - армированный углерод, "плитки" - облицованная кварцевая керамика, плюс остальная поверхность закрывалась тканью на основе номекса (белая ткань).
Как говорил мой дед, "Всю дурь не вываливай! Оставь на завтра". Не пиши польше про космос, пожалуйста.
Долго ждал слово "абляционное покрытие", слегка ох....ал от выражений типа:"капсула разваливается на три части". Корабль, школота, разделяется.
В общем
Я еще не закончил, ключник...
… если есть конец света, то должен быть и конец тьмы.
"Пока еще работают тормозные двигатели, они насколько возможно снижают скорость"
да что ж ты за дольоеб-то такой?
И только пиндосы приводнялись в чистых и красивых капсулах!
Респект парням, которые такие красивые фотки коллекционируют.
Только у Союза эта телогрейка еще не сгорела.
яндекс дзен - очень плохой источник информации. Тут ошибки в каждом втором тезисе.
Кратко -
1) аппарат разогревается не из-за трения, а из-за "аэродинамического нагрева". Перед аппаратом образуется ударная волна, в которой, из-за резкого повышения давления, скачкообразно повышается температура.
2) "Изначально скорость падения составляет 28000 км в час" это бред, т.к. аппарат ЛЕТИТ с этой скоростью по орбите. Это так называемая "первая космическая скорость". Двигатели затормаживают корабль не "максимально возможно", а ровно на столько, на сколько нужно для входа в атмосферу под нужным углом. Если перестараться, корабль войдёт в атмосферу под большим углом, не успеет достаточно затормозится об верхние слои атмосферы, и сгорит в нижних слоях атмосферы.
3) корабль разделяется не для того, чтоб уменьшить площадь "трения", а по тому, что остальные модули не снабжены теплозащитой для экономии массы, и парашютами, по той же причине.
4) изогнутая форма дна капсулы не "отражает" ударную волну, а смещает её максимально вперёд от поверхности капсулы.
5) "Правда для минимизации трения площадь поверхности капсулы должна быть как можно меньше. Поэтому путь домой космонавтам приходится преодолевать буквально свернувшись в комочек в крошечной капсуле." Расскажите это конструкторам Шаттла и Бурана) Увеличенная площадь аппарата потребует всего лишь пересчёта угла входа в атмосферу.
Про особенности спуска много узнал из фильма Аполлон-13. В этом фильме астронавты не смогли сесть на Луне и возвращались на Землю на практически не управляемом корабле. Про спуск было очень много разговоров и очень драматично все показано. Кстати еще была авария на шаттле из-за нарушения теплозащиты корпуса. Но все равно автору спасибо.
А теперь работа над ошибками
1. От МКС отделяется не капсула, а космический корабль, в составе которого есть возвращаемый спускаемый аппарат.
2. Корабль не "летит в сторону планеты" и не "падает", он движется по орбите до тех пор, пока тормозной двигатель не снизит скорость ниже первой космической и не разорвёт замкнутую орбиту.
3. Тормозной двигатель не снижает скорость "насколько это возможно" импульс тщательно дозирован. Если скорость будет погашена мало, корабль может отскочить от атмосферы как плоский камень от воды и уйти в космос, если много, он может сорваться в неуправляемый баллистический спуск.
4. Корабль не "разваливается" а разделяется на отсеки, посредством взрыва пироболтов.
5. Точного состава теплозащиты вы нигде не найдёте. Возможно там есть и асбест, но основная её часть -- смола, наподобие эпоксидной. При нагреве она начинает гореть и продукты горения отводят тепло от корпуса спускаемого аппарата.
6. Лобовой щит не "отражает ударную волну" он, помимо собственно теплозащиты, придаёт спускаемому аппарату аэродинамическое свойство, благодаря которому он не падает в атмосфере, а скользит в ней как серфер на волне, обеспечивая управляемый спуск с дозированными перегрузками. Но может и падать в режиме "баллистического спуска", это аварийный, но допустимый сценарий.
7. На высоте 10 км. происходит масса интересного. Вначале раскрываются парашюты, причём на первом этапе СА подвешен к ним боком, для лучшего отвода тепла. Затем сбрасывается тепловой щит, открывая доступ к днищу с двигателями мягкой посадки, отстреливаются закопчёные верхние стёкла иллюминаторов, из баллонов стравливаются остатки всех газов для безопасности посадки. Иногда на трансляции посадки видно как капсула "дымит", вот это как раз идёт сброс газов. В конце аппарат перестёгивается на симметричную подвеску, днищем вниз.
8. Скорость капсулы перед касанием составляет около 20 км.ч но импульс двигателей мягкой посадки (тот самый "взрыв" при приземлении) замедляет её километров до пяти в час. Плюс срабатывают амортизаторы кресел. Ура, вы на земле!
"2. Корабль не "летит в сторону планеты" и не "падает", он движется по орбите до тех пор, пока тормозной двигатель не снизит скорость ниже первой космической и не разорвёт замкнутую орбиту."
На орбите планеты ВСЁ падает, только очень медленно. На высоте нескольких сотен километров над поверхностью Земли там, где летают пилотируемые корабли и космические станции сила притяжения Земли очень велика и практически не отличается от силы гравитации вблизи поверхности.
Спасибо, тёзка.
Всё по полочкам!
Не совсем так, вернее совсем не так. Да, корабль на орбите падает на планету, но из-за очень большой линейной скорости он падает слишком быстро, постоянно промахивается мимо поверхности, улетает за горизонт, оставаясь на круговой орбите. В идеальных условиях объект будет нарезать круги бесконечно, но в реальности он постепенно тормозится об атмосферу, пусть и очень разряженную на такой высоте и рано или поздно его скорость упадёт настолько, что круг разорвётся. Именно поэтому, кстати, пилотируемые корабли выводятся вначале на низкую орбиту и только потом, двумя орбитальными манёврами, поднимаются на орбиту МКС. В случае отказа двигателей корабль сам сойдёт с низкой орбиты в течение нескольких дней.
Тот момент, когда комментарий оказался не хуже поста!
Спасибо за пояснения! От меня + !!
Отличные дополнения к суховатому посту!
3. Вот этот момент вызывает сомнения, потому что в случае с булыжником последний встречает раздел фаз и именно ВЫСОКАЯ разность давлений и плотностей отклоняет его траекторию. В случае с кораблем в такой сценарий тяжело верится. Да, вектор отклонения глиссады есть, но чтобы прям обратно в космос... Это реальные данные и теория?
На конкретные исследования я, к сожалению, ссылок не дам, потому как не баллистик, но тот факт, что "коридор параметров" входа в атмосферу очень узкий, упоминается повсеместно. Более того, такие "рикошеты" происходят постоянно, правда не со спутниками, а с метеоритами, вернее с метеороидами. Пару лет назад один такой несостоявшийся метеорит даже попал на видео. Объект опустился до 90 км, то есть ниже формальной границы космоса, но всё-таки отскочил от атмосферы и улетел обратно. Скорости там, конечно, повыше, но механика та же.
https://www.kp.ru/online/news/4024897/https://www.kp.ru/online/news/4024897/
Круто! Благодарю!
это реальные данные. Корабль не отскочит прям в космос, выше орбиты где он был, но он увеличит высоту, следовательно промахнётся при посадке.
""2. Корабль не "летит в сторону планеты" и не "падает", он движется по орбите"
"Не совсем так, вернее совсем не так. Да, корабль на орбите падает на планету"
Ты уж определись! Падает или не падает?
Я тебе уже написал, что всё что летает по орбите вокруг планеты - на самом деле падает, потому как силу тяготения никто не отменял. И рано или поздно встретится с поверхностью планеты за счёт торможения об очень разряженные слои атмосферы. А не падает сразу потому что при запуске на орбиту имеет боковую скорость, которая в том числе, помимо заданной, имеет и инерционную составляющую от вращения самой планеты. Что не ясно то? Чему вас в школе учат?
"тормозится об атмосферу, пусть и очень разряженную на такой высоте" - Дмитрий, сожалею, что приходится поправлять грамотного человека, но на тех высотах атмосфера не разрЯжена, а разрЕжена. Кстати, Юрьевич тоже тем же "согрешил" в предыдущем комменте, так чток нему это тоже относится. Надеюсь, он это прочитает...
В остальном - благодарю за интересные комментарии-поправки. Для меня, конечно, ничего нового, но для незнающих людей очень даже познавательно!
Господин Рогозин?
Добавлю свои пять копеек, ещё нужен определённый угол входа в атмосферу. Если слишком острый то аппарат отскочит от атмосферы, если слишком тупой то сгорит.
"для минимизации трения площадь поверхности капсулы должна быть как можно меньше" - противоречие. Площадь таки должна быть достаточной, чтобы затормозить об воздух до скорости, чтобы не порвался тормозной парашют. И капсула такая маленькая не из-за снижения скорости, а из-за компоновки носителя (можно сравнить диаметр спускаемого отсека у Союза (2,2м) и у Ориона (5м)
« Эффект эскимо - летит и плавится ! » (с)
Автобилистам асбест запретили,а космонавтам можно?))
Про запрет асбеста можете сказать спасибо Дюпону, который его организовал и под этот запрет продвинул свой материал.
Ничего личного, только бизнес (с)
Асбест сам по-себе безопасный материал. Он условно опасен при монтаже/демонтаже, если не соблюдается технология, и существует риск попадания мелкодисперсной составляющей в окружающее пространство.
Лодочная объёмная химическая защита (ЛОХ) система объёмного химического пожаротушения. Применяется на подводных лодках. В качестве огнегасителя используется фреон.
Такая же фигня произошла и с фреоном: DuPont изобрёл новый хладон, и продавил запрет фреона, т.к. он "разрушает озоновый слой".