سفینه های فضایی هنگام ورود گرم اما در خروج گرم نمی شوند؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1471

سپاس: 3154

جنسیت:

تماس:

سفینه های فضایی هنگام ورود گرم اما در خروج گرم نمی شوند؟

پست توسط rohamjpl »

اخیرا در مورد فضاپیماهایی که با استفاده از سپر حرارتی وارد زمین می شوند مطالبی را مطالعه کردم. با این حال، هنگام خروج از جو زمین، گرم نمی شود، بنابراین هنوز در آن نقطه از زمان نیازی به سپر حرارتی ندارد. چرا اینطور است؟
دلیل اینکه سفینه های فضایی هنگام خروج از اتمسفر نمی سوزند این است که در ارتفاعات پایین که هوا متراکم ترین است کمترین سرعت را طی می کنند و فقط زمانی که جو بسیار رقیق است به سرعت بسیار بالایی می رسند.به زبان ساده، به این دلیل است که نیروهای وارد شده به فضا بسیار بیشتر از نیروهای هنگام پرتاب هستند که برای پاره کردن یک فضاپیمای محافظت نشده کافی است. موشک‌ها برای مقاومت در برابر نیروهای جوی هنگام خروج از جو ساخته شده‌اند، اما در مقیاسی برای ورود مجدد نیستند.
دلیل این نیروهای شدید جو است. هنگامی که یک فضاپیما از مدار یا جای دیگری بازمی گردد، با سرعت ده کیلومتر (شش مایل) در ثانیه در حال حرکت است. برای رسیدن به سطح زمین نیاز به کاهش قابل توجهی دارد و ساده ترین راه برای انجام این کار استفاده از جو زمین به عنوان ترمز است. فضاپیماها در واقع برای استفاده از این طراحی شده‌اند، بنابراین سپر گرمایی گسترده در هنگام عبور فضاپیما از اتمسفر، بار سنگین کاهش سرعت را متحمل می‌شود. ما از جو به‌عنوان روشی مفید برای کاهش سرعت فضاپیماها استفاده می‌کنیم، نه اینکه تنها به سوخت تکیه کنیم.
در مسیر بالا، یک موشک ابتدا انتهای «نیز» خود را دارد که نیروی کشش اتمسفر را کاهش می‌دهد. همچنین با سرعت بسیار کمتری از فضاپیمایی که دوباره وارد جو می شود حرکت می کند، بنابراین نیروها یا گرمایش یکسانی را تجربه نمی کند
من می دانم که پس از ورود به زمین، فضاپیما به دلیل نیروهای مختلف مانند گرانش، کشش و اصطکاک وارد بر آن گرم می شود و در نتیجه باعث گرم شدن آن می شود. به همین دلیل است که فضاپیمایی که وارد جو زمین می شود به یک سپر حرارتی نیاز دارد. چرا یک فضاپیمای در حال خروج نیز چنین چیزی را تجربه نمی کند؟ هر گونه کمکی قدردانی خواهد شد.گرمایش آیرودینامیکی به میزان متراکم بودن جو و سرعت حرکت شما در آن بستگی دارد. هوای متراکم و سرعت بالا به معنای گرمایش بیشتر است. هنگامی که موشک پرتاب می شود، از سرعت صفر در قسمتی از اتمسفر که متراکم ترین است شروع می شود و به سمت هوای کم چگال شتاب می گیرد. بنابراین در طول پروفیل پرتاب مقدار گرمایش اتمسفر کم است. به محض ورود مجدد، در حال فرود به اتمسفر است و نه با سرعت صفر، بلکه با سرعت مداری خود شروع می شود، و همانطور که به سمت زمین می افتد، با کاهش شعاع مدارش سرعت خود را افزایش می دهد. زمانی که به هوای متراکم وارد می شود که باعث گرم شدن شود، با سرعت فوق العاده ای حرکت می کند و بسیار بسیار گرم می شود.من می دانم که پس از ورود به زمین، فضاپیما به دلیل نیروهای مختلف مانند گرانش و کشش و اصطکاک وارد بر آن گرم می شود و در نتیجه باعث گرم شدن آن می شود.
در هنگام ورود مجدد، مشخصات پرواز بهینه شده است تا در عین حال سطحی از کاهش سرعت و بار حرارتی قابل دوام را حفظ کند. آنها این کار را به این دلیل انجام می دهند که وسیله نقلیه باید سرعت مداری خود را کاهش دهد (در حدود 16000 مایل در ساعت) و ارزان ترین راه برای انجام این کار این است که اجازه دهید کشش اتمسفر سرعت شما را کاهش دهد. به این روش ترمز هوا گفته می شود. از آنجایی که آنها مشخصات پرواز را طوری طراحی کرده اند که نیروی کشش بیشتری ایجاد کند (در مقایسه با پرتاب) و به دلیل سرعتی که در جو نفوذ می کند، گرمای بسیار بیشتری را نسبت به هنگام پرتاب تجربه می کند. کشش بیشتر، سرعت بیشتر = گرمایش بیشتر.
گرمای تولید شده صرفاً از پایستگی انرژی حاصل می شود. سرعت وسیله نقلیه به عنوان گرما از طریق فرسایش (سپر ورود مجدد)، فشرده سازی هوای آدیاباتیک و سایر اثرات خارج می شود. انرژی جنبشی وسیله نقلیه به انرژی حرارتی تبدیل می شود و در نتیجه سرعت آن کاهش می یابد. درست مانند خودروی شما، وقتی نوبت به توقف می رسد، ترمزها بسیار داغ می شوند زیرا KE خودرو را به انرژی حرارتی تبدیل می کنند.
تصویر
تصویر
اگر آنها از ترمز هوا استفاده نمی کردند، خودرو باید سوخت موشکی کافی برای شلیک در جهت حرکت حمل کند تا زمانی که سرعت نسبی به اندازه کافی کند شود و بدون گرم شدن و/یا متلاشی شدن وسیله نقلیه پایین بیاید. بنابراین این روش فرود بدون ترمز هوا امکان پذیر است (این نحوه فرود آمدن ما در قمرهای بدون هوا) اما بسیار ناکارآمد است.در ورود مجدد، تغییر سرعت توسط مقاومت هوا ایجاد می شود. این بدیهی است تا زمانی که فضاپیمای دوباره وارد فضای نسبتاً متراکم نشود، این اتفاق نمی افتد. هنگامی که شروع به کاهش قابل توجهی کرد، یک اثر بازخورد مثبت وجود دارد. با کاهش سرعت افقی سفینه، با سرعت بیشتری ارتفاع را از دست می دهد²، آن را به هوای متراکم تر می برد، که سرعت آن را با سرعت بیشتری کاهش می دهد. به همین دلیل، اکثریت قریب به اتفاق کاهش سرعت در یک دوره زمانی بسیار کوتاه، حدود دو دقیقه رخ می دهد. تمام انرژی جنبشی مرتبط با سرعت مداری در آن دوره به گرما تبدیل می شود.
¹ اکثر موشک های واقعی چند مرحله ای هستند، که این امر را پیچیده می کند، اما هنوز هم به تقریب تقریبی صادق است.
² در فضاپیماهای دنیای واقعی با اثرات بالابر پیچیده است، که برخی از افت ارتفاع را خنثی می کند یا حتی در مسیرهای ورود پرش آن را معکوس می کند، و اجازه می دهد مرحله ورود مجدد به موقع تمدید شود، و نیروی g روی خدمه و دمای اوج کاهش می یابد. از بدنه هواپیما، اما طول کل مدت گرمایش و استرس را افزایش می دهد.از آنجایی که موشک به صورت عمودی بلند می شود، استراتوسفر را در کمتر از 8 دقیقه و قبل از اینکه سرعتی برای ایجاد اصطکاک محسوس در قسمت مذکور از جو داشته باشد، پاک می کند.
از سوی دیگر، فضاپیمای با ورود مجدد از جو برای کاهش سرعت از سرعت مداری استفاده می کند. این هواپیما باید از 8 تا 10 کیلومتر در ثانیه به سرعت بسیار کمتری کاهش یابد که در آن چتر نجات را مستقر کند یا در یک باند فرودگاهی طولانی فرود آید. این کاهش بسیار قابل توجهی در سرعت است و اصطکاک در جو چیزی است که این کاهش را انجام می دهد. از آنجایی که اصطکاک باعث گرما می شود و باید زمان قابل توجهی را در اتمسفر صرف کند تا از سرعت خارج شود، یک محافظ حرارتی کاشی تبخیری ضروری است.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست