Spørg Fagfolket: Hvordan undgår man at et rumfartøj vælter?

Her ses en lettere branket, men dog fint landet semi-dråbeformet Soyuz-kapsel. Illustration: ESA.

Vores læser Egon Jensen har spurgt:

Hvordan undgår man, at et rumfartøj 'vælter', når det passerer atmosfæren, og det fremadvendte varmeskjold udsættes for et enormt pres?

John Leif Jørgensen, professor på Institut for Rumforskning og Rumteknologi på DTU Space, svarer:

Vi former normalt re-entry-kapsler, altså fartøjer, der skal igennem en tættere atmosfære, 'dråbeformet'. Dråbeformen er netop stabil ved fald gennem atmosfærer, som de fleste vil have opdaget ved selvsyn.

Det store problem for rumfartøjer er nemlig, at atmosfæren er ret ustabil og meget ukendt i de tyndeste dele. Man kan således let ramme ind i en jetstrøm, som vil vælte stort set alt andet end en dråbeform.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvordan kan helikoptere flyve på Mars?

Bevæger sig ned som en flad pil

Fidusen med en dråbeform er, at når den vender den flade ende mod vinden, har den en stor overflade, hvor der danner sig langsom (ift. kapslen) luft, der sænker erosionshastigheden.

Man kunne også vælge en anden stabil form, f.eks. en pil. Pilen retter sig i flyveretningen med spidsen først, og da den ballistiske koefficient er større for spidsen end for den ende, hvor fjerene på en pil sidder, vil spidsen have mindre vindmodstand per masseenhed end fjer-enden.

Dog er massefordelingen meget dårligere end for dråben (man skal have beskyttet nyttelasten mod varme, tryk og rusk), og så ville en pil faktisk brænde op, hvis man skød den ned mod atmosfæren.

Men det er i princippet pilens trick, man bruger for en nær dråbeformet kapsel. Her har vi placeret al det tunge grej nær den flade ende, og kun faldskærm, osv. i den spidse ende.

Det giver samme resultat, men den store ret flade overflade sikrer langsom, knap så varm, luft og dermed ingen kapsel, der smelter.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvordan navigerer og beregner man ruten til Mars?

Flad dråbe mindsker presset på varmeskjolet

Hvis du ser på vores landingskapsel til Perseverance, vil du opdage, at der er tale om en noget flad dråbe. Dette er gjort bevidst, så vi kan øge præcisionen ved landingen. På Mars vil vi nemlig gerne kunne styre hen mod et forudbestemt landingsområde (punkt).

Lige efter frigørelsen fra transportfartøjet kastes et par balancemasser af, så kapslen har den bedst mulige stabilitet til toppen af Mars' atmosfære. Og her begynder det at blive avanceret.... De (ukendte) luftstrømninger i Mars' øvre atmosfære kan skubbe fartøjet til en af siderne.

Sådan en bevægelse kan kapslens enertielle sensor opfange, og så kompenserer kapslen ved at dreje lidt, så kapslen virker som en flyvinge.

Sådanne korrektioner sideværts fortsætter, til man kommer ned i den tættere (og mere stabile) del af atmosfæren. Herefter skifter kontrollen til en korrektion af pitchvinklen (næse op ned). Kapslen justerer nu sin glide-vinkel, præcist som et fly der lægger an til landing.

Denne kontrol af glidevinklen mindsker samtidig presset på og temperaturen af varmeskjoldet markant (til 40-60% af, hvad en ren dråbeform ville have).

Den flade dråbeform er derfor en vigtig del af fald/flyvning i atmosfærer, ud over at være stabil - næsten uanset hvad man gør, og man ser formen på de fleste rumkapsler, såsom Soyuz og Dragon.

Faktisk er det en af de største fejl, Hergé begik med Tintins raket til Månen. Den havde spidse styrefinne-forkanter, men en spids raket ville brænde op eller smelte.

Spørg fagfolket

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 fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"Faktisk er det en af de største fejl, Hergé begik med Tintins raket til Månen. Den havde spidse styrefinne-forkanter, men en spids raket ville brænde op eller smelte."

Tintin raketten lander baglæns, og det er motorkraften der bremser den, ikke et varmeskjold. Den mangler ganske enkelt en form for varmeskjold, og der er slet ikke tænkt på friktionsvarmen ved indtrængning i atmosfæren.

  • 7
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten