В каком веществе удобней всего совершать спуск с орбиты?

Автор Dims, 02.07.2008 17:00:35

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Dims

Допустим, мы имеем возможность выбрать вещество, из которого состоит атмосфера Земли (гипотетически). Какие у этого вещества должны быть физические свойства, чтобы совершать посадку было легче всего? Например, чтобы меньше всего нагревалась оболочка спускаемого аппарата или чтобы были наименьшие перегрузки?

Допустим, если бы у воздуха вдруг резко возросла бы вязкость -- это бы улучшило бы условия или ухудшило?
Димс

Бродяга

dims, вы меня извините, но увидев только название темы сразу пришло в голову — "В G-не, разумеется!!!!" :D
 Вы бы хоть написали "в какой среде" или "при каких свойствах атмосферы"... :D
[color=#000000:7a9ea26d56]"В тот день, когда задрожат стерегущие дом, и согнутся мужи силы; и перестанут молоть мелющие, потому что их немного осталось; и помрачатся смотрящие в окно;"[/color]

Tiger

Если имеем возможность выбирать, то лучше всего, чтобы при посадке "вещество" было, а при взлете - не было! ;)

Проще всего садиться на Венеру, кстати. Вот вам и ответ.
(350838) = 2002 EH163 = 2011 UN192

Dims

Ну это понятно, но всё-таки, если говорить только о посадке?

А где можно посмотреть типичный график перегрузок при посадке на различных стадиях?
Димс

Дмитрий Виницкий

Вовсе не проще садиться на Венеру. Проще садиться на поверхность. Но не входить-тормозить.
+35797748398

mihalchuk

Цитироватьdims, вы меня извините, но увидев только название темы сразу пришло в голову — "В G-не, разумеется!!!!" :D
Я бы сказал, кому - в чём. :wink:  Название темы, конечно, провокационное, но большинство благоразумно промолчало...
Кстати, у меня другие ассоциации. В нашей школьной библиотеке были книги Циолковского (по крайней мере - одна), и в одном сочинении он описывал способ переносить перегрузки, правда, речь шла о старте. Для этого тело человека помещалось в жидкость такой же плотности. Так как человек немного легче воды, в качестве такой жидкости использовалось вино. :wink:

mihalchuk

Однозначно могу сказать, что взлетать лучше в водородно-гелиевой атмосфере. Скорость звука в ней выше, сверхзвук реализуется на бОльших высотах, аэродинамические нагрузки - меньше. Если при спуске нужно обратное, то венерианская атмосфера действительно подходяща. По-моему, вязкозть газа не играет роли. Основные нагрузки реализуются на гипер- и сверхзвуке, когда волновое сопротивление превалирует. Важно также сопротивление среды на больших высотах (с точки зрения точности приземления, но и на суммарный тепловой поток влияет также), где вязкость очень велика, но определяется не столько свойствами газа, сколько разреженностью среды. Кроме того, газ там частично диссоциирован. Важное свойство газа - способность к диссоциации в условиях скачка уплотнения на наиболее напряжённом участке спуска. Чем лучше диссоциирует газ, тем меньше тепловые нагрузки. Возможно, я бы выбрал тетраоксид азота.
Ну, а вещество с механическими свойствами того, что сразу пришло в голову Бродяге, хорошо подходит для этапа приземления. :D
Анекдот в тему:
Летит парашютист к земле, парашют не раскрылся. Навстречу ему летит мужик.
- Эй, до земли ещё далеко?
- Не знаю, я сам только что с порохового склада...

Бродяга

ЦитироватьНу, а вещество с механическими свойствами того, что сразу пришло в голову Бродяге, хорошо подходит для этапа приземления. :D
Анекдот в тему:
Летит парашютист к земле, парашют не раскрылся. Навстречу ему летит мужик.
- Эй, до земли ещё далеко?
- Не знаю, я сам только что с порохового склада...
Я про то, что это малость страшновато, и бывает, знаете ли... ;)
 Зачем сдерживаться? :D

 Если серьёзно, неплохо бы сформулировать представление о том, что значит " совершать посадку было легче всего" и насколько разница играет роль. :)
 Нужно хоть какое-то представление о задаче, слишком общая формулировка. :)

 Например, при посадке на Венеру не нужен парашют для приземления из-за очень плотной атмосферы, но ветром может кинуть и без него. :)
[color=#000000:7a9ea26d56]"В тот день, когда задрожат стерегущие дом, и согнутся мужи силы; и перестанут молоть мелющие, потому что их немного осталось; и помрачатся смотрящие в окно;"[/color]

SpaceR

ЦитироватьПроще всего садиться на Венеру, кстати. Вот вам и ответ.
Согласен с Виницким, на Венеру садиться (точнее, тормозить орбитальную скорость до ~звуковой, если я верно понял вопрос) - вовсе не лучше, это почти то же, что и на Землю.

Если интересует снижение нагрева КА и перегрузок при входе, то легче всего тормозиться в атмосфере Титана, и вообще - чем меньще ускорение g на высоте "входа", тем меньше градиент роста плотности атмосферы и роста скорости спуска, соответсвенно тело погасит больше скорости в менее плотных слоях, где меньше и перегрузки, и теплопотоки.

Если же сила тяжести постоянна, то вероятно чем легче молекулы, тем до большей высоты они поднимаются за счет случайных соударений (т.е. атмосфера "вспухает" сильнее, чем у более плотных молекул) - соответственно больше всего подходят опять же водород и гелий, но имхо этой разницы будет уже мизерно мало.

Так что, подозреваю, что при спуске или аэробрейкинге лучше всех - Титан, хуже всех - Юпитер.
(Косвенный вывод: при полёте к Сатурну - тормозить об Титан!  :D
Шутка. Знаю, что не получится.)

mihalchuk

ЦитироватьОднозначно могу сказать, что взлетать лучше в водородно-гелиевой атмосфере. Скорость звука в ней выше, сверхзвук реализуется на бОльших высотах, аэродинамические нагрузки - меньше. Если при спуске нужно обратное, то венерианская атмосфера действительно подходяща. По-моему, вязкозть газа не играет роли. Основные нагрузки реализуются на гипер- и сверхзвуке, когда волновое сопротивление превалирует. Важно также сопротивление среды на больших высотах (с точки зрения точности приземления, но и на суммарный тепловой поток влияет также), где вязкость очень велика, но определяется не столько свойствами газа, сколько разреженностью среды. Кроме того, газ там частично диссоциирован. Важное свойство газа - способность к диссоциации в условиях скачка уплотнения на наиболее напряжённом участке спуска. Чем лучше диссоциирует газ, тем меньше тепловые нагрузки. Возможно, я бы выбрал тетраоксид азота.
 
Задачу следует ставить корректно. Есть другая сторона: атмосфера из более лёгкого газа протяжённее атмосферы из плотного при равном давлении у поверхности. В лёгкой атмосфере аппарат будет тормозиться дольше, и силовое нагружение аппарата будет меньше.

SpaceR

ЦитироватьЗадачу следует ставить корректно. Есть другая сторона: атмосфера из более лёгкого газа протяжённее атмосферы из плотного при равном давлении у поверхности. В лёгкой атмосфере аппарат будет тормозиться дольше, и силовое нагружение аппарата будет меньше.
Да, я как раз об этом и говорил. Хочу только подчеркнуть, что разница с азотной или углекислотной атмосферами имхо несущественна.

mihalchuk

Цитировать
ЦитироватьЗадачу следует ставить корректно. Есть другая сторона: атмосфера из более лёгкого газа протяжённее атмосферы из плотного при равном давлении у поверхности. В лёгкой атмосфере аппарат будет тормозиться дольше, и силовое нагружение аппарата будет меньше.
Да, я как раз об этом и говорил. Хочу только подчеркнуть, что разница с азотной или углекислотной атмосферами имхо несущественна.
А вот про разницу я бы так не сказал. Всё-таки диссоциация углекислого газа происходит при меньших температурах, чем для азота. Следовательно, в некотором диапазоне параметров спуска углекислый газ даст существенно более низкую температуру, что существенно. Кроме того, теплоёмкость углекислого газа выше, следовательно, при одинаковой энтальпии температура углекислого газа будет ниже.

Tiger

Цитировать(Косвенный вывод: при полёте к Сатурну - тормозить об Титан!  :D
Шутка. Знаю, что не получится.)

Не, мысль интересная, но точность нужна сумасшедшая. Скорее всего, знания законов движения спутников Сатурна пока недостаточно, чтобы за годы вперед запланировать встречу с Титаном, чтобы угол входа в атмосферу соблюсти.
(350838) = 2002 EH163 = 2011 UN192

SpaceR

Цитировать
Цитировать(Косвенный вывод: при полёте к Сатурну - тормозить об Титан!  :D
Шутка. Знаю, что не получится.)

Не, мысль интересная, но точность нужна сумасшедшая. Скорее всего, знания законов движения спутников Сатурна пока недостаточно, чтобы за годы вперед запланировать встречу с Титаном, чтобы угол входа в атмосферу соблюсти.
Я не только это имел в виду - погасить 10 км/с (грубо) при скользящем прохождении не каждая атмосфера сможет. Для Титана траектория останется почти прямой, участок торможения коротким, а скорость порядка 40 км/с - следовательно перегрузки должны быть ещё большими, чем при торможении о Сатурн. Да и точность по высоте над поверхностью планеты у Сатурна имхо меньше нужна.
Скорее всего жёсткость атмосфер у Сатурна, Урана, Нептуна  не больше, чем у Земли.

SpaceR

Цитироватьдиссоциация углекислого газа происходит при меньших температурах, чем для азота. Следовательно, в некотором диапазоне параметров спуска углекислый газ даст существенно более низкую температуру, что существенно. Кроме того, теплоёмкость углекислого газа выше, следовательно, при одинаковой энтальпии температура углекислого газа будет ниже.
Ну, допустим, в силу указанных явлений углекислый газ даст аж на 10-15% меньшую температуру. Велика ли та разница, если при БС температура в передней части КА ~6000 градусов?  ;)

fagot

Да и массовая теплоемкость СО2 все-таки ниже, чем у азота.

mihalchuk

Цитировать
Цитироватьдиссоциация углекислого газа происходит при меньших температурах, чем для азота. Следовательно, в некотором диапазоне параметров спуска углекислый газ даст существенно более низкую температуру, что существенно. Кроме того, теплоёмкость углекислого газа выше, следовательно, при одинаковой энтальпии температура углекислого газа будет ниже.
Ну, допустим, в силу указанных явлений углекислый газ даст аж на 10-15% меньшую температуру. Велика ли та разница, если при БС температура в передней части КА ~6000 градусов?  ;)
ИМХО, 5100 градусов вместо 6000 - это существенно. Возможно, это вдвое меньшая толщина теплозащиты.

ЦитироватьДа и массовая теплоемкость СО2 все-таки ниже, чем у азота.
Можно сделать такой вывод: при прочих равных "трёхмерный" газ предпочтительнее "двумерного" и ещё более - "одномерного".

Бродяга

Вот вам идейка, она не новая, но непосредственно относится к названию темы.
 Так сказать к названию темы в прямом смысле этого названия. ;)

 Торможение в атмосфере производится следующим образом, вокруг аппарата надувается оболочка заполненная пеной. Она надувается предварительно, пена отвердевает и этот "кусок пенопласта" совершает посадку. :)
[color=#000000:7a9ea26d56]"В тот день, когда задрожат стерегущие дом, и согнутся мужи силы; и перестанут молоть мелющие, потому что их немного осталось; и помрачатся смотрящие в окно;"[/color]

Tiger

А чем это лучше надувного щита? От того, хотя бы, избавиться несложно, когда он становится не нужен.
(350838) = 2002 EH163 = 2011 UN192

Fakir

ЦитироватьДопустим, мы имеем возможность выбрать вещество, из которого состоит атмосфера Земли (гипотетически). Какие у этого вещества должны быть физические свойства, чтобы совершать посадку было легче всего? Например, чтобы меньше всего нагревалась оболочка спускаемого аппарата или чтобы были наименьшие перегрузки?

Допустим, если бы у воздуха вдруг резко возросла бы вязкость -- это бы улучшило бы условия или ухудшило?

Состав и даже плотность атмосферы планеты весьма слабо влияет на спуск. Единицы процентов. Особенно химсостав - да, отличия есть (для абляционных материалов в 1-ю очередь), но совершенно непринципиальные на практике.

Важнее градиенты, а они определяются не столько атмосферой, сколько самой планетой (массой, радиусом). Выкиньте с Земли половину атмосферы, или, скажем, замените весь азот на СО2 - ничего принципиально не изменится. Ну, будет максимум перегрузок на другой высоте, только и всего. Коридор входа останется практически тот же самый, максимумы всех нагрузок - тоже в общем-то слабо изменятся, не говоря об интегральных характеристиках.

А вязкость если взять да сильно повысить, на порядки - будет только хуже (гуглить "аналогия Рейнольдса").

Fakir

ЦитироватьЯ бы сказал, кому - в чём. :wink:  Название темы, конечно, провокационное, но большинство благоразумно промолчало...
Кстати, у меня другие ассоциации. В нашей школьной библиотеке были книги Циолковского (по крайней мере - одна), и в одном сочинении он описывал способ переносить перегрузки, правда, речь шла о старте. Для этого тело человека помещалось в жидкость такой же плотности. Так как человек немного легче воды, в качестве такой жидкости использовалось вино. :wink:

У Циолковского эта идея много где озвучена, например, в романе "Вне Земли" (1896-1919). Но, ЕМНИП, там всё же не вино, а некий водяной раствор.
Кстати, вполне пригодный способ, до определённого уровня перегрузок, когда начнёт сказываться разница плотностей тканей.

SpaceR

ЦитироватьУ Циолковского эта идея много где озвучена, например, в романе "Вне Земли" (1896-1919). Но, ЕМНИП, там всё же не вино, а некий водяной раствор.
Кстати, вполне пригодный способ, до определённого уровня перегрузок, когда начнёт сказываться разница плотностей тканей.
Позже эту идею популяризовал Александр Беляев в своих НФ-романах. Да и не только он.
Гораздо интереснее практика...  Не слыхал ли кто-нибудь о результатах практических испытаний подобных систем? Чео-то меня гложут сомнения, что всё сработает так, как предполагали...  :?