| Статистика |
|---|
Онлайн всього: 1 Гостей: 1 Користувачів: 0
|
|
Спуск космічного корабля на Землю
Рух космічного корабля в щільних шарах атмосфери Землі, подлетающего до Землі з міжпланетного простору з другою космічною швидкістю, створює свої проблеми. Це насамперед неприпустимі для членів екіпажу перевантаження. Захистити такий корабель від теплового навантаження також непросто.
Гальмування радянських автоматичних міжпланетних станцій серії «Зонд» і «Місяць», а також американських жилих космічних кораблів «Аполлон» при поверненні їх з далекого космосу і спуску на Землю виявилося можливим виробляти без небезпеки перегріву і без великих перевантажень при дворазовому їх пірнанні в атмосферу Землі. Повітряний океан, навколишній нашу планету, в якійсь мірі схожий на водний океан, тому й застосовують такий термін, як «пірнання», що означає вхід космічного корабля в атмосферу.У першому пірнанні корабель входить на якусь глибину в атмосферу, а потім знову виходить з неї у безповітряний космічний простір.
Розберемося, чому космічний корабель при підльоті до Землі з другою космічною швидкістю повинен робити два пірнання в повітряний океан. Якби космічний корабель, маючи швидкість 11,2 км/сек, відразу увійшов у атмосферу і рухався в ній по крутій траєкторії, він би сильно нагрівся і в ньому виникли б великі перевантаження. При крутій траєкторії корабель швидко досяг нижніх, щільних шарів атмосфери, де розігрівання відбувається дуже швидко. Якщо ж траєкторію польоту корабля вибрати дуже пологою, так, щоб він тривалий час рухався в розріджених шарах атмосфери, тобтовисоко над Землею, він, можливо б, і не згорів, але зате повітря всередині кабіни сильно перегрітий. Температура в кабіні стала б настільки великий, що не тільки для екіпажу, але і для приладів, встановлених на кораблі, вона була б неприйнятною.
Рис. 18. Посадка космічного корабля, подлетающего до Землі з другою космічною швидкістю, з використанням гальмуючого дії атмосфери Землі.
Тоді й народилося таке рішення - космічний корабель входить в атмосферу, пронизує її (див. рис. 18) і знову виходить у космічний простір, тобто простір, де немає повітря. Пролетівши якийсь час в атмосфері, корабель, звичайно, зменшить швидкість. Шлях корабля у повітрі у першому його пірнанні роблять таким, щоб корабель, вилетівши назад у космос, мав швидкість дещо меншу першої космічної.Знову потрапивши в космічний простір, корабель буде охолоджуватися, так як його розпечена зовнішня поверхня буде випромінювати тепло. Потім він знову входить в атмосферу, тобторобить друге пірнання, але вже зі швидкістю меншою, ніж перша космічна. Після другого входу в атмосферу корабель буде рухатися до Землі так само, як при поверненні з орбітального польоту навколо Землі.
Рис. 19. «Коридор гальмування» космічного корабля в атмосфері.
Як космічний корабель, що має другу космічну швидкість, повинен входити в атмосферу, тобто виконувати перший нирок, щоб не згоріти, і в той же час зменшити швидкість руху з 11,2 км/сек до першої космічної? Польоти жилих космічних кораблів показали, що вхід в атмосферу з другою космічною швидкістю буде безпечним за умови, якщо космічний корабель пройде в атмосфері з дуже вузьким коридором, не відхиляючись ні в ту, ні в іншу сторону (див. рис. 19). Для кораблів серії «Аполлон» цей коридор має ширину всього лише 40 км.Це дуже вузький коридор, якщо врахувати, що до нього наближається космічний корабель зі швидкістю 46 320 км/год, з відстані приблизно 300 000 км. Ну, а якщо космічний корабель пройде нижче межі цього коридору або вище, що можна очікувати в такому випадку?
Якщо корабель пройде нижче встановленої межі коридору входу, він занадто глибоко увійде в щільні шари атмосфери. Рухаючись тривало в щільних шарах повітряної оболонки Землі, він перегріється і може згоріти. Пройшовши над верхньою межею коридору, космічний корабель прониже занадто малий шар атмосфери, до того ж і сильно розріджений, тому загальмується менше, ніж слід. Після вильоту в безповітряний простір корабель буде мати меншу швидкість, ніж друга космічна, але більшу, ніж перша космічна.У цьому випадку, як ми вже говорили, траєкторією руху корабля буде сильно витягнутий еліпс. Небезпечно увійти в коридор нижче допустимої межі, але і вхід вище кордону також небезпечний. Адже, перед тим як корабель входить в атмосферу, від нього з метою зменшення ваги відкидається майже все, залишається тільки спусковий апарат, в якому є лише саме необхідне для підтримки життєдіяльності екіпажа на час, протягом якого триває спуск корабля на Землю. А скільки часу може літати космічний корабель по витягнутого еліпса навколо Землі?Адже гальмувати його тепер, щоб змусити знову увійти в щільні шари атмосфери, нічим, пальне витрачено, двигун відкинутий.Корабель може рухатися по такій траєкторії невизначено довгий час. А на його борту дуже обмежені запаси кисню, необхідного для дихання, води для пиття, їжі, джерел електроенергії.
Отже, після того, як космічний корабель загальмується до швидкості, дещо меншою першої космічної, він починає знижуватися, падаючи на Землю. Вибором відповідної траєкторії польоту в атмосфері можна забезпечити виникнення перевантажень не вище допустимої величини. Однак при спуску стінки корабля можуть і повинні розігріватися до дуже високої температури. Тому безпечний спуск в атмосфері Землі можливий лише за наявності на зовнішній обшивці спускного апарата спеціальної теплозахисту.Як попередити нагрівання тіла вище допустимої величини, якщо вона перебуває під впливом дуже потужного джерела тепла?
Якщо поставити на газову плиту чавунну сковороду і нагрівати її, вона розжариться до дуже високої температури, може стати червоною або навіть білої, випромінюючи при цьому тепло і світло. Але спробуйте нагріти сковороду ще більше. Скільки б не тримали сковороду на газовій плиті, підняти її температуру вище певної не вдасться. Настане такий стан, при якому тепло, що надходить від газової плити до сковороді, вже не зможе змінити температуру останньої. Чому? Адже і сковороді безперервно підводиться тепло, і вона повинна нагрітися до більш високої температури і в кінці кінців розплавитися.Однак цього не відбувається з наступної причини. Нагрітий метал не тільки отримує тепло від газової плити, але, нагрівшись до високої температури і раскалившись до червоного або білого кольору, він і сам шляхом випромінювання віддає тепло навколишньому повітрю. При певній температурі металу настає рівновага між кількістю тепла, що передається металу, і тим теплом, яке він випромінює в навколишній простір. Метал як би сам створює теплозахист для себе, завдяки якій він не нагрівається вище певної температури при даному джерелі тепла.
Подібний тип теплозахисту принципово можна застосувати і в космічних кораблях. На лобовій частині спускного апарата можна встановити тепловий екран з дуже тугоплавкого металу, який не втрачає механічної міцності при нагріванні до високих температур.Розпечена металева плита (тепловий екран) і буде служити теплозахистом спускного апарата від дії розпечених газів атмосфери.
Інший спосіб теплозахисту спускних апаратів полягає в застосуванні так званих екранів з отпотеванием. У спекотну погоду людина сильно потіє. Чому?
Тому що організм для захисту від перегріву застосовує дуже ефективний спосіб - він виділяє через пори шкіри вологу. Волога з поверхні шкіри випаровується, на що потрібно витрата тепла (нагадаємо, випаровування 1 кг води вимагає витрати 560 ккал тепла). Таким чином, все зайве тепло, яке в жарку погоду підводиться до нашого тіла, витрачається не на нагрівання організму, а на випаровування з поверхні шкіри вологи, що виділяється у вигляді поту.Наскільки такий спосіб відведення надлишків тепла ефективний, можна судити з того, що температура тіла людини практично залишається постійною (36,5°С) при зміні навколишньої температури повітря в широкому інтервалі (аж до 60°С).
За таким же принципом може працювати теплозахисне пристрій спускного апарата, що представляє собою екран з отпотеванием. На лобовій частині можна встановити товстий металевий лист, що має багато дрібних отворів, через які на поверхню листа подається рідина. Найкраще для цієї мети використовувати воду, так як вона володіє високою теплотою випаровування. Надходить через пори-отвори волога буде випаровуватися, на що витрачається тепло, що надходить від розпечених газів атмосфери.
Теплові екрани, екрани з отпотеванием поки не використовуються. У всіх апаратах, які повертаються на Землю після космічного польоту, застосовується інший спосіб захисту від теплових потоків, який називається абляционным. Він виявився найбільш простим, надійним і ефективним. Давайте з'ясуємо, що означає його назва - абляционный. В одному слові - абляція, об'єднуються назви відразу декількох процесів. Які ж це процеси? Ми знаємо, що плавлення твердого тіла пов'язане з поглинанням тепла.Всім добре відомо, що якщо каструлю зі снігом поставити на вогонь і сніг помістити термометр, то він буде показувати, що температура утворюється від плавлення снігу води буде близько 0° С до тих пір, поки весь сніг не розтане (не розплавиться). В цьому процесі все тепло витрачається на розплавлення снігу. Відомо, що випаровування рідини також пов'язане з поглинанням тепла. Опустіть термометр у киплячу воду, він покаже температуру 100°С. Як би довго не нагрівати киплячу воду, температура її залишатиметься 100°С, поки вся вода не википить.
Вам, звичайно, доводилося купувати морозиво. Не тільки взимку, але і влітку воно буває твердим і холодним, сильно замороженим.Заморожують його з допомогою так званого сухого льоду. Сухим його називають тому, що при його нагріванні не утворюється рідини, як при нагріванні звичайного льоду. Сухий лід - це вуглекислий газ, який довели до твердого стану, охолодивши до температури - 78° С. Твердий вуглекислий газ володіє чудовою властивістю: при нагріванні він не тане, а випаровується, тобто переходить з твердого стану в газоподібний, минаючи рідку фазу.Такий процес, при якому речовина з твердого стану переходить відразу в газоподібний, називають сублімацією. Властивістю сублімувати має не тільки твердий вуглекислий газ, але й цілий ряд інших речовин.
|
| Категорія: Шлях у космос | Додав: 27.09.2016
|
| Переглядів: 2666
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
