Hvorfor brager rumfartøjer ind i atmosfæren?
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser og accepterer, at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Hvorfor brager rumfartøjer ind i atmosfæren?

Bjørn Hansen har spurgt Scientariet om følgende:

"Hvorfor er rumfartøjers indtræden i atmosfæren og landing så dramatisk? Hvorfor kan man ikke bare bremse op og svæve ned?"

Blogger og rumfartekspert på ing.dk, Thomas A.E. Andersen svarer:

At vende tilbage til Jorden er en kompliceret og farlig tur.

Rumfartøjer i kredsløb om Jorden, eller som kommer ude fra, kommer ofte med en stor hastighed typisk over 24.000. km/t. Den rette vinkel som man skal ind i atmosfæren er beregnet ud fra Newtons tre love.

Vinklen er afhængig af den bane, man kommer med ud fra rummet, nedbremsningshastigheden og den aerodynamiske opvarmning. I værste tilfælde ved en for lav vinkel vil man slå en slags smut på atmosfæren og forsætte ud i rummet igen, og ved for store vinkler vil man komme for hurtighed ned og blive knust og brænde op.

Fartøjer i cirkulære kredsløb om Jorden vil komme ind med hastigheden på 27.000 til 29.000 km/t, mens fartøjer som Apollo-kapslerne kom ind med ca. 40.000 km/t i parabol baner. Banen ind i atmosfæren er afhængig af, hvor stor aerodynamisk løfteevne, der skabes ned gennem atmosfæren. I ballistiske baner er der meget lidt aerodynamisk løft og ingen styring på vejen ned. Dette blev benyttet under Mercury og Gemini-kapsler og i dag ved nødsituationer med de russiske Soyuz-kapsler. Med en højere "angrebsvinkel" på atmosfæren får man større aerodynamisk løft og kan som f.eks. med rumfærgerne svæve meget længere og har større styring under nedturen.

Når fartøjet træder ind i Jordens atmosfære udsættes det for dens tiltrækning og gnidningsmodstand på grund af partiklerne i atmosfæren. Gnidningsmodstanden er med til at bremse ned, men skaber samtidig en kraftig varme pga. den høje fart, på rumfærgerne bliver det til temperaturer op mod 1.650 °C. En speciel stump design af fartøjet kan være med til at skabe en chokbølge foran fartøjet, som holder noget af varmen på afstand og blev bl.a. brugt på Mercury-, Gemini- og Apollo-kapslerne.

Under nedturen skal man også tage højde for den G-påvirkning som fartøj og evt. mennesker udsættes for. For bemandede kapsler er den maksimale grænse ca. 10 G. På rumfærgerne er der op til 1,7 G ved hjemturen mens der på Soyuz-fartøjerne ca. 4 G (ca. 8,5 - 10 G ved en ballistisk bane).

Kun tre lande; USA, Rusland og Kina har formået at bringe mennesker sikkert tilbage til Jorden ude fra rummet. Yderligere to lande, Indien og Japan, samt ESA har bragt ubemandede rumkapsler vellykket tilbage til Jorden.

Dokumentation

Læs og stil spørgsmål til Scientariet

Spørg Scientariet

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til Scientariet.

Indtil omkring 50km højde er der ikke meget at svæve på, så hvis man ikke vil bruge luftmodstanden som bremse, kræver det en uhyrlig masse brændstof til raketmotoren. Selvom man tænkte på vinger, så vil de veje for meget, og desuden sikkert blive brændt af inden hastigheden er dæmpet tilstrækkeligt. Ved overlydshastighed er der ikke meget laminar strømning, luftmolekylerne brager direkte in i skroget og varmer det op.
Selv supersoniske fly bliver godt varme, og det endda kun ved 2 til 3000km/t.
Prøv f.eks at lave et overslag på den bevægelses energi der skal fjernes for at bremse ned fra 30.000km/t.

  • 0
  • 0

Hvorfor kan man ikke bare bremse op og svæve ned?"

Fordi, når man bremser op, så kommer man ned.

Man skal have en vis hastighed for at befinde sig i en given bane. Bremser man, kommer man ned i tættere atmosfærelag, hvor man bremses endnu mere.

F.eks. er betingelsen for at befinde sig i bane om Jorden i 300 kms højde, at man har en banehastighed på 7,7 km/s. Det svarer til, at hvert kg af fartøjet har en energi på 33 millioner Joule. Den energi fik fartøjet tildelt fra brændstoffet under opsendelsen, og den energi skal afleveres med tak for lån ved nedstigningen. Tilbagebetalingen sker i form af varme.

Tager nedstigningen f.eks. 20 minutter = 1200 s svarer det til en effekt på 27500 watt per kg fartøj, som fordeles mellem fartøjets overflade (kun) og den omgivende atmosfære.

Af den grund, og for ikke at få for stor G-påvirkning, ønskes nedstigningen foretaget så langsomt som muligt; men man bestemmer ikke helt selv hvor langsomt, idet man, som sagt, falder ned, når man bremser.

  • 0
  • 0

Hvordan ser scenariet så ud, hvis "returkapslen" sættes i et geostationært kredsløb, og derfra (over 1-? timer) lader den "falde" ned igennem atmosfæren - stadigvæk geostationært. Der må/kan undervejs jo anvendes både bremseraket og faldskærme, afhængigt af højden.

  • 0
  • 0