Genindtastning

Genindtræden af Hayabusa- rumfartøjet over Australien (2010)

I rumteknologi henviser genindtræden til den kritiske fase af et missils indtræden i atmosfæren på planeten, hvorfra den tog af. Indgangen til atmosfæren i et andet himmellegeme kaldes generelt ikke genindrejse , men kaldes indgang til atmosfære . I det følgende er genindgangen relateret til jorden.

Når den genindtræder, sænker atmosfæren missilet fra sin typisk høje banehastighed, og en masse kinetisk energi omdannes til varme på kort tid . Objekter uden varmeskærm vil blive ødelagt. Det varme plasma skabt ved kompression af luften foran objektet og friktionsvarmen afbryder også en radioforbindelse ( blackout ). På grund af deres dimensioner og den relativt flade indgang var rumfærgerne ikke helt omsluttet af plasmaet, hvilket betyder, at der siden 1988 har været en kontinuerlig radioforbindelse via TDRS, der bruger S-båndet . Ifølge raketligningen vil forudgående bremsning til en mindre kritisk hastighed kræve en stor mængde energi og dermed store brændstofmasser. Indtil videre har dette udelukket en sådan procedure.

Udtrykket bruges ikke kun til bemandet rumfartøj , men også til rumsonder , sprænghoveder af ICBM'er , kapsler med prøve materiale samt til genstande, der kan eller bør brænde op , såsom udbrændte raketfaser eller ubrugte satellitter. Ofte er objektet i kredsløb på forhånd, og nedstigningen begynder med antændelsen af ​​bremsen mod flygeretningen. Genindgangen inkluderer ikke de senere faser af nedstigningen, hvor den termiske belastning er lav. Af samme grund bruges udtrykket ikke til objekter, der kun har nået en lille brøkdel af orbitalhastigheden.

Eksempler

I bemandede rumrejser er det returkapsler ( Apollo , Soyuz , Shenzhou ) eller genanvendelige rumfærger (f.eks. Rumfærger ), der skal overleve genindrejse uden skader for ikke at bringe astronauterne i fare. Med MOOSE er der udviklet et særligt lille og let genindgangssystem til redning af astronauter i en nødsituation.

Hver lancering af en flertrinsraket efterlader udbrændte øverste stadier bagefter, som, efter at opgaven er afsluttet, kommer ind i atmosfæren og delvis brænder op. Ligeledes (nedlagte) satellitter fuldstændigt eller stort set ødelagt på kontrolleret nedbrud for at undgå yderligere plads debris. Indgangsstien vælges, så store dele, der kan overleve genindtræden, falder i havet. Spektakulært eksempel på en sådan operation var den russiske Mir - rumstation . Den Hubble rumteleskopet kunne også bringes til et kontrolleret styrt efter afslutningen af sin levetid, da dets nyttiggørelse ikke længere optræder i NASA 's planer på grund af nedbrud af rumfærgen Columbia , og det ville blive for dyrt med andre midler.

I tilfælde af sonder, der ikke kommer ind i den samme atmosfære som i starten, taler vi ikke om en genindgang, men om en atmosfæreindgang. Disse inkluderer landinger af planetariske sonder ( Cassini-Huygens , Mars-Rover ) og den såkaldte atmosfærebremsning eller atmosfæreopsamling .

Sprænghovederne for interkontinentale ballistiske missiler (ICBM) eller ballistiske missiler, der er affyret af ubåde (SLBM) , der bevæger sig over store områder i rummet og derefter - beskyttet af et køretøj, der vender tilbage - kommer ind i atmosfæren med høj hastighed og også igen .

Betingelser for sikker genindrejse

Som indfaldsvinkel, i hvilken der er rum , henvises til den vinkel, der henvises til, blandt hvilke et rumfartøj i forhold til det vandrette i de tættere lag af atmosfæren i et himmellegeme forekommer. Højden på dette punkt bestemmes vilkårligt. For eksempel specificerer NASA en højde på 400.000 fod (ca. 122 km) til indrejse i jordens atmosfære (indgangsgrænseflade).

Ved genindtræden stilles der høje krav til de anvendte materialer og strukturen i rumskibscellen. Temperaturen på varmeskærmene når mere end tusind grader Celsius, når den kommer ind i jordens atmosfære, og lufthastigheden reduceres hurtigt, så der opstår alvorlige forsinkelser.

Hvis missilet skal kunne modstå varmebelastningen uskadet, anvendes normalt varmebestandige materialer med lav varmeledningsevne såsom keramik i varmebeskyttelsesfliser i genanvendelige rumskibe , som sikrer tilstrækkelig isolering. Derudover skal varmen udstråles igen; Keramiske materialer er lige så egnede til dette som metalliske materialer. Ved at bruge materialer med lavt smeltepunkt er det muligt at bruge et ablativt varmeskærm til afkøling . Det anvendte materiale i varmeskjoldet sublimerer eller pyrolyserer . Det resulterende relativt kølige grænselag isolerer lagene nedenunder og transporterer en stor del af varmen væk. Et ablativt varmeskjold er teknisk enklere og billigere end et genanvendeligt varmeskjold; Med et passende design er (endda) højere indgangshastigheder (mere kinetisk energi, der skal konverteres) mulige. Hvis et ablativt varmeskjold skal bruges på et genanvendeligt rumskib, skal det udskiftes efter hver flyvning.

Missilens indgangsvinkel og hastighed skal beregnes nøjagtigt, hvis der skal sikres en kontrolleret, sikker nedstigning og landing i det tilsigtede landingsområde. Indgangsvinklen er normalt mellem 6 ° og 7 °. Hvis indgangen er for lav, forlader rumfartøjet atmosfæren igen (efter hver yderligere indgang til atmosfæren ville det blive bremset yderligere, men målområdet ville blive savnet), hvis indgangen er for stejl, vil den termiske belastning og decelerationen af rumfartøjet er for stort. Da Apollo- rumfartøjet gik ind igen efter hjemkomsten fra månen, var indgangsvinklen ideelt 6,5 ° med en tolerance på plus / minus 0,5 °.

Beregning af flyvevejen

Siden begyndelsen af rumrejser har det været en vigtig opgave at pålideligt beregne genindgangen og især at bestemme tidspunktet og stedet for forbrændingen eller landingsstedet. Afhængigt af hvordan det kommer til genindtræden, opstår eller opstår der forskellige vanskeligheder. De Apollo space kapsler havde intet brændstof at bremse før genindtræder en lav kredsløb , som ville da have været præcist målt. Korrigeringer af kredsløb skulle foretages i stor afstand, før kommandomodulkapslen blev afskåret og skulle udføres med en meget høj grad af præcision for de aktuelle forhold.

Når du kommer ned fra en lav bane, skal det være muligt at måle bremsetændingen nøjagtigt. For eksempel brugte den amerikanske rumfærge de svage OMS-motorer til at reducere banehastigheden med 1% inden for tre minutter. Denne delta v på kun 90 m / s er tilstrækkelig til at komme ind i atmosfæren på en elliptisk bane på den anden side af jorden - igen drejet i retning af flyvningen. Rumgliderens form og angrebsvinkel genererer løft, der flader den oprindeligt stejlere nedstigning, før den største belastning opstår . Effektfordelingen bliver mere kompakt med hensyn til tid, hvilket reducerer varmeabsorptionen.

Særlige vanskeligheder ved beregning af meget flade stier er / var blandt andre:

  • utilstrækkelig viden om den aktuelle lufttæthed langs landingsbanen. Dette problem var stadig helt løst omkring 1960 og har ført til prognosefejl på op til 2 dage. Den ionosfæren også varierer regionalt med solaktivitet .
  • skiftende luftmodstand i det tumlende og roterende missil - ikke helt løst den dag i dag
  • Modellering af missilets opløsning (mindre dele bremses hårdere)

For tunge eller regelmæssigt formede kroppe er beregningerne mere pålidelige end for lette satellitter med forskellige arme. Individuelle nedbrud kunne beregnes inden for få minutter og sporet inden for få kilometer.

Rumfartøjer, der sikkert skal lande en nyttelast igen, formes derfor i overensstemmelse hermed. Returkapslen antager således en aerodynamisk stabil position under flyvning, så missilet med varmeskjoldet først dypper ned i atmosfæren ( Soyuz rumskib , Mercury rumskib ).

Indtil 1970'erne var der et separat netværk af visuelle observatører kaldet Moonwatch , som blev overvåget af US Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) og bestod af flere hundrede frivillige hold over hele verden. Støtten fra satellitkameraer (især Baker / Nunn- stationerne) af relativt enkelt udstyrede amatørastronomer var nødvendig, fordi kameraerne på trods af den tekniske indsats ikke sigter meget under visse betingelser, hvor visuelle observatører kan reagere meget mere fleksibelt.

Sådanne problemområder er blandt andre

  • Målinger i tusmørke (missiler kun i sollys, men lange eksponeringstider umulige)
  • meget dybe baner
  • Ukorrekt prognose lige før genindtræden, hvilket gør programmering af kameraerne vanskelig.

Risici

Generelt er start og landing af et (raketdrevet) rumskib de kritiske faser af flyvningen, hvor der er en øget risiko for ulykker.

I tilfælde af den amerikanske rumfærge er det kendt, at det anvendte varmebeskyttelsessystem (bestående hovedsageligt af forstærkede carbon-carbon-paneler og keramiske fliser) modstår meget høje temperaturer, men er meget følsomt over for mekanisk påvirkning. I februar 2003 brændte NASAs Columbia Space Shuttle delvist op, da den genindgik i slutningen af STS-107- missionen, fordi mindst en af ​​de hårdest stressede dele af varmebeskyttelsessystemet på venstre vinges forkant blev beskadiget af et stykke skum på størrelse med en dokumentmappe. Da denne skade ikke blev opdaget under missionen (nogle advarsler fra NASA-medarbejdere blev ignoreret eller bagatelliseret af flykontrollen), kunne plasmaet, der trængte ind i vingen, genindtræde i dets omfang i en sådan grad, at venstre overflade og derefter hele rumfærgen blev ødelagt.

Landinger på Mars er sværere at udføre på grund af Mars-atmosfæreens lave tæthed, så landingssonder undertiden kan ramme overfladen i for høj hastighed og blive beskadiget. Af samme grund er der begrænsninger i landingshøjderne på Mars-overfladen, så i øjeblikket kan sonder kun landes i højder på mindre end 2 km, hvilket betyder, at nogle af de interessante Mars-regioner ikke kan nås. I modsætning hertil er landingerne på Venus eller på Titan meget lettere at udføre på grund af den tætte atmosfære, men det høje tryk og den høje temperatur i Venus-atmosfæren udgør en yderligere fare for landingsbiler.

Se også

litteratur

Weblinks

Commons : genindførsel  - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. ^ David J. Shayler: Væk fra Jorden . I: Space Rescue. Sikring af sikkerheden ved bemandet rumfart. Springer Praxis , Berlin / Heidelberg / New York 2009, ISBN 978-0-387-69905-9 , pp. 261-262 , doi : 10.1007 / 978-0-387-73996-0_7 .