 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( июль 2007 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Спускаемая капсула представляет собой часть в космической капсуле , которая возвращает на Землю после космического полета. Форма частично определяется аэродинамикой ; Капсула аэродинамически устойчива к падению тупым концом вначале, что позволяет только тупому концу нуждаться в тепловом экране для входа в атмосферу . Его форма также сравнивалась [ кем? ] к фаре старомодного автомобиля. Пилотируемая капсула содержит приборную панель космического корабля, ограниченное пространство для хранения и сиденья для членов экипажа. Поскольку форма капсулы имеет небольшую аэродинамическую подъемную силу , окончательный спуск осуществляется с помощью парашюта., либо прибывающих на отдых на сушу, в море, либо в результате активного захвата самолетом. Напротив, разработка спускаемых аппаратов космических самолетов пытается обеспечить более гибкий профиль захода на посадку.
Структура [ править ]
Подходящие капсулы обычно были меньше 5 метров (16 футов) в диаметре из-за аэродинамических требований ракеты-носителя . Конструкция капсулы является как объемно эффективной, так и конструктивно прочной, поэтому обычно можно сконструировать небольшие капсулы с характеристиками, сопоставимыми с конструкциями подъемного корпуса или космического самолета, во всем, кроме отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению, за меньшие деньги. Космический корабль Союза является примером. В большинстве капсул для повторного входа использовался абляционный тепловой экран, и они не использовались повторно. Orion Многоцелевой Экипаж автомобиляПо данным на декабрь 2005 г., вероятно, будет использоваться десятикратная многоразовая капсула со сменным теплозащитным экраном. Нет никаких ограничений, за исключением отсутствия инженерного опыта, для использования высокотемпературной керамической плитки или сверхвысокотемпературных керамических листов на возвратных капсулах.
Материалы для капсулы разработаны по - разному, как и командного модуля Apollo «s алюминиевой сотовой структуры . Алюминий очень легкий, а структура придает капсуле дополнительную прочность. Ранний космический корабль имел покрытие из стекла, залитого синтетической смолой, и подвергался воздействию очень высоких температур. Углеродное волокно , армированный пластик и керамика - новые материалы, которые постоянно улучшаются для использования в космических исследованиях.
Повторный вход [ править ]
В большинстве возвращаемых капсул использовался абляционный тепловой экран для повторного входа, и они не использовались повторно. Ранний космический корабль имел покрытие из стекла, залитого синтетической смолой, и подвергался воздействию очень высоких температур.
Капсулы для повторного входа хорошо подходят для повторного входа с высокой энергией. Капсулы повторно входят в кормовой конец первыми, когда пассажиры лежат, поскольку это оптимальное положение для человеческого тела, чтобы выдержать перегрузку, возникающую при столкновении капсулы с атмосферой. Округлая форма (тупой корпус) капсулы образует ударную волну, которая удерживает большую часть тепла от теплозащитного экрана, но система тепловой защиты все же необходима. Космическая капсула должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять силам входа в атмосферу, таким как сопротивление , и должна повторно входить под точным углом атаки, чтобы предотвратить отскок от поверхности атмосферы или разрушительно высокие ускорения.
Когда возвращаемая капсула проходит через атмосферу, капсула сжимает воздух перед собой, который нагревается до очень высоких температур. Температура поверхности капсулы может достигать 1480 ° C (2700 ° F), когда она спускается через атмосферу Земли. [ необходимая цитата ] Чтобы это тепло не достигало внутренних структур, капсулы обычно снабжены абляционным тепловым экраном, который плавится, а затем испаряется, удаляя тепло.
Командный модуль Apollo вернулся со смещением центра масс относительно центральной линии; это заставляло капсулу принимать угловое положение в воздухе, обеспечивая подъемную силу, которую можно было использовать для управления направлением. Двигатели системы управления реакцией использовались для управления капсулой путем вращения вектора подъемной силы.
Парашюты используются для окончательного спуска, иногда дополняются тормозными ракетами, если капсула предназначена для приземления на поверхность Земли. Примеры капсул для наземной посадки: Восток, Восход, Союз, Шэньчжоу и Boeing CST-100 Starliner . Другие капсулы, такие как Меркурий, Близнецы, Аполлон, Орион и Дракон, плещутся в океане.
Аэродинамический обогрев [ править ]
Капсулы хорошо подходят для повторных входов при высокой температуре и динамической нагрузке. В то время как дельтапланеры, такие как космический шаттл, могут возвращаться с низкой околоземной орбиты , а подъемные тела могут входить даже с Луны , редко можно встретить конструкции возвращающихся с Марса аппаратов , не являющихся капсулами. Нынешний проект RKK Energia для Kliper , способного летать на Марс, является исключением.
Инженеры, строящие спускаемую капсулу, должны учитывать такие силы, как гравитация и сопротивление.во внимание. Капсула должна быть достаточно прочной, чтобы быстро замедляться, выдерживать чрезвычайно высокие или низкие температуры и выдерживать посадку. Когда капсула приближается к поверхности планеты или луны, она должна замедляться с очень высокой скоростью. Если он замедлится слишком быстро, все в капсуле будет раздавлено. Если он не замедлится достаточно быстро, он упадет на поверхность и будет уничтожен. Есть дополнительные требования для атмосферного входа. Если угол атаки слишком мал, капсула может ускользнуть от поверхности атмосферы. Если угол атаки слишком большой, силы торможения могут быть слишком высокими или теплота возврата может превысить допуски теплового экрана.
Капсулы повторно входят в кормовой конец первыми, когда пассажиры лежат, так как это оптимальное положение для человеческого тела, чтобы выдержать замедляющую перегрузку. Задний конец имеет закругленную форму (тупое тело), так как это формирует ударную волну, не касающуюся капсулы, и тепло отводится, а не плавит транспортное средство.
Командный модуль Аполлона вернулся со смещением центра масс от центральной линии; это заставляло капсулу принимать угловое положение в воздухе, обеспечивая подъем вбок, который использовался для управления направлением. Ротационные двигатели использовались для управления капсулой в автоматическом или ручном режиме путем изменения вектора подъемной силы.
На меньших высотах и скоростях парашюты используются для замедления капсулы за счет увеличения сопротивления.
Капсулы также должны выдерживать удар, когда они достигают поверхности Земли. Все капсулы с экипажем из США («Меркурий», «Близнецы», «Аполлон») приземлятся на воду; Советские / российские «Союз» и китайский Шэньчжоу (а также планируемые США, Россия, Индия) с подвесными капсулами используют небольшие ракеты для приземления на землю. В условиях меньшей гравитации Марса подушек безопасности было достаточно для безопасной посадки некоторых роботизированных миссий.
Гравитация, сопротивление и подъем [ править ]
Две из самых больших внешних сил, которые испытывает возвращаемая капсула, - это гравитация и сопротивление .
Сопротивление - сопротивление капсулы движению по воздуху . Воздух представляет собой смесь разных молекул , включая азот, кислород и углекислый газ. Все, что падает через воздух, ударяется об эти молекулы и поэтому замедляется. Величина сопротивления капсуле зависит от многих факторов, включая плотность воздуха, а также форму, массу, диаметр и шероховатость капсулы. Скорость космического корабля сильно зависит от совместного действия двух сил - силы тяжести, которая может ускорить ракету, и сопротивления, которое замедляет ее. Капсулы, попадающие в атмосферу Земли, будут значительно замедлены из-за большой толщины нашей атмосферы.
Когда капсула проходит через атмосферу, она сжимает воздух перед собой, который нагревается до очень высоких температур (вопреки распространенному мнению, трение несущественно).
Хороший тому пример - падающая звезда . Падающая звезда, которая обычно крошечная, выделяет столько тепла, проходящего через атмосферу, что воздух вокруг метеорита становится раскаленным добела. Поэтому, когда проходит огромный объект, такой как капсула, выделяется еще больше тепла.
Когда капсула замедляется, сжатие молекул воздуха, ударяющихся о поверхность капсулы, создает большое количество тепла. Температура поверхности капсулы может достигать 1480 ° C (2700 F), когда она спускается через атмосферу Земли. Все это тепло нужно отвести. Возвратные капсулы обычно покрыты материалом, который плавится, а затем испаряется («абляция»). Это может показаться контрпродуктивным, но испарение отнимает тепло от капсулы. Это предотвращает попадание возвращаемого тепла внутрь капсулы. Капсулы подвергаются более интенсивному нагреву, чем космические самолеты, и керамика, используемая на космических кораблях, обычно менее пригодна, и все капсулы использовали абляцию.
На практике капсулы действительно создают значительную и полезную подъемную силу. Этот подъемник используется для управления траекторией капсулы, позволяя снизить перегрузку экипажа, а также уменьшить пиковую передачу тепла в капсулу. Чем дольше автомобиль находится на большой высоте, тем тоньше воздух и тем меньше отводится тепла. Например, Apollo CM имел отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению около 0,35. В отсутствие подъемной силы капсула Аполлона подверглась бы замедлению около 20g (8g для космических аппаратов на низкой околоземной орбите), но с использованием подъемной силы траектория удерживалась на уровне около 4g. [ необходима цитата ]
Текущие дизайны [ править ]
Шэньчжоу [ править ]
Возвращаемая капсула является «средним» модулем трехкомпонентного космического корабля «Союз» или « Шэньчжоу» - орбитальный модуль расположен в передней части космического корабля, а модуль обслуживания или оборудования прикреплен к задней части. Особенность в системе посадки позволяет использовать один парашют и « тормозную ракету », таким образом, теплозащитный экран сбрасывается с космического корабля аналогично развертыванию посадочной сумки на космическом корабле Mercury в США . Как командный модуль на космическом корабле Аполлона , спускаемый капсулы Шэньчжоу не имеет многоразовые возможности; каждый космический корабль запускается один раз, а затем «выбрасывается» (обычно отправляется в музеи).
О возвращаемой капсуле в Шэньчжоу известно немногое, за исключением того, что в ней используются некоторые технологии, заложенные в конструкции "Союз ТМ". Новый космический корабль "Союз ТМА", который теперь используется исключительно для полетов на Международной космической станции , имеет модифицированные кушетки, позволяющие летать более высоким членам экипажа, и оснащен технологией " стеклянной кабины ", аналогичной той, что используется на космических кораблях "Шаттл" и более новых коммерческих и военных самолетах.
Союз [ править ]
В бывшем Советском Союзе произошло две катастрофы и одна близкая к катастрофе, все три были связаны с капсулой во время спуска с орбиты и входа в атмосферу. "Союз-1" закончился катастрофой, когда парашюты не раскрылись, и капсула врезалась в землю на скорости более 300 миль в час (483 км / ч), убив космонавта Владимира Комарова . "Союз-5" чуть не закончился катастрофой, когда спускаемая капсула первой вошла в носовую часть атмосферы, что связано с отказом служебного модуля, аналогичным тому, который имел место в полете " Восток-1" . К счастью, служебный модуль сгорел, и капсула восстановилась.
«Союз-11» потерпел катастрофу в 1971 году, когда уравнительный клапан, использовавшийся для выравнивания давления воздуха во время последнего спуска «Союза», преждевременно открылся в космическом вакууме, в результате чего погибли три члена экипажа, которые не были одеты в скафандры . Последующие полеты с корабля "Союз-12" на " Союз-40" выполнялись с экипажем из двух человек, потому что для управления скафандром пришлось снимать третье сиденье. В варианте " Союз-Т" восстановлено третье кресло.
Список возвращаемых капсул [ править ]
- Рентри-модуль Восток
- Капсула McDonnell Mercury
- Капсула McDonnell Gemini
- Модули входящего в атмосферу корабля " Восход"
- Командный модуль Аполлона
- Возвращаемый модуль "Союз"
- Запасная капсула ВА ТКС
- Капсула возврата образца звездной пыли
- Атмосферный демонстратор входа в атмосферу
- Модуль повторного входа в Шэньчжоу
- Эксперимент по спасению космической капсулы
- SpaceX Dragon
- Капсула возвращения Хаябуса
- Орион MPCV
- Боинг CST-100
- Орбитальный аппарат ISRO
- IXV (подъемное тело)
Ссылки [ править ]
- "Союз-Десант" . НАСА. - Описывает спуск корабля "Союз-ТМА".
См. Также [ править ]
- Орбитальный модуль
- Сервисный модуль
- Космическая капсула
