Come fanno i veicoli spaziali a rientrare sulla Terra?

Angolo dei quiz
Metti alla prova la tua conoscenza della navetta spaziale con il nostro Space Shuttle Quiz.

Lanciare un veicolo spaziale nello spazio è una cosa. Riportarlo indietro è un altro.

Il rientro dei veicoli spaziali è un affare complicato per diversi motivi. Quando un oggetto entra nell'atmosfera terrestre, sperimenta alcune forze, Compreso gravità e lagna . La gravità riporterà naturalmente un oggetto sulla terra. Ma la sola gravità farebbe cadere l'oggetto pericolosamente velocemente. Per fortuna, l'atmosfera terrestre contiene particelle d'aria. Quando l'oggetto cade, urta e sfrega contro queste particelle, creare attrito . Questo attrito fa sì che l'oggetto sperimenti la resistenza, o resistenza dell'aria , che rallenta l'oggetto a una velocità di ingresso più sicura. Leggi di più su questi fattori in "E se buttassi un centesimo dall'Empire State Building?"

Pete Turner/Stone Collection/Getty Images
Gli oggetti che entrano nell'atmosfera terrestre affrontano un viaggio difficile. Guarda altre immagini di veicoli spaziali e navette spaziali.

Questo attrito è una benedizione mista, però. Sebbene causi resistenza, provoca anche un calore intenso. Nello specifico, le navette affrontano temperature intense di circa 3000 gradi Fahrenheit (circa 1649 gradi Celsius) [fonte:Hammond]. corpo smussato design aiuta ad alleviare il problema del calore. Quando un oggetto, con la superficie smussata rivolta verso il basso, torna sulla Terra, la forma smussata crea un onda d'urto davanti al veicolo. Quell'onda d'urto mantiene il calore a distanza dall'oggetto. Allo stesso tempo, la forma smussata rallenta anche la caduta dell'oggetto [fonte:NASA]. Il programma Apollo, che ha spostato diverse navi con equipaggio avanti e indietro dallo spazio negli anni '60 e '70, rivestito il modulo di comando con speciali ablativo materiale bruciato al rientro, assorbendo il calore.

A differenza dei veicoli Apollo, che sono stati costruiti per un uso una tantum, le navette spaziali sono veicoli di lancio riutilizzabili (RLV). Quindi, invece di usare semplicemente materiale ablativo, devono incorporare un isolamento durevole. Nella pagina successiva, approfondiremo il moderno processo di rientro per le navette.

La fine del satellite
I satelliti non devono rimanere per sempre nell'orbita terrestre. I vecchi satelliti a volte ricadono sulla Terra. A causa delle dure condizioni di rientro, possono bruciare gravemente durante la discesa. Però, alcuni di loro possono sopravvivere alla caduta e colpire la superficie terrestre. Nelle cadute controllate, gli ingegneri manipolano i sistemi di propulsione su un satellite per farlo cadere in un luogo sicuro, come l'oceano.

La discesa di uno Space Shuttle

Rientrare nella Terra è tutto atteggiamento controllo . E, no, questo non significa che gli astronauti debbano mantenere un atteggiamento positivo (anche se questo è sempre utile). Piuttosto, si riferisce all'angolo con cui vola l'astronave. Ecco una panoramica di una discesa in navetta:

Lasciando l'orbita :Per rallentare la nave dalla sua velocità orbitale estrema, la nave si gira e in realtà vola all'indietro per un periodo di tempo. I motori di manovra orbitale (OMS) hanno quindi spinto la nave fuori dall'orbita e verso la Terra.

Discesa attraverso l'atmosfera :Dopo che è uscito in sicurezza dall'orbita, la navetta gira di nuovo con il muso ed entra nell'atmosfera a pancia in giù (come una pancia in giù) per sfruttare la resistenza con il suo fondo smussato. I computer tirano il naso verso l'alto angolo di attacco (angolo di discesa) di circa 40 gradi.

Approdo :Se hai visto il film "Apollo 13, " potresti ricordare che gli astronauti tornano sulla Terra nel loro modulo di comando e atterrano nell'oceano dove i soccorritori li prelevano. Le navette spaziali di oggi sembrano e atterrano molto più come aeroplani. Una volta che la nave si abbassa abbastanza, il comandante prende il controllo dei computer e fa scivolare la navetta su una pista di atterraggio. Mentre sta rotolando lungo la striscia, dispiega un paracadute per rallentarlo.

NASA
I bordi d'attacco e il naso della navetta utilizzano materiale RCC.

Il viaggio di ritorno sulla Terra è caldo. Invece dei materiali ablativi trovati sulla navicella Apollo, le navette spaziali di oggi hanno speciali materiali resistenti al calore e piastrelle isolanti che possono sostenere il rientro del calore.

Carbonio rinforzato Carbonio (RCC) :Questo materiale composito copre il naso e i bordi dell'ala, dove le temperature diventano più calde. Nel 2003, L'RCC della Columbia è stato danneggiato durante il decollo, provocandone la combustione al rientro, uccidendo tutti e sette i membri dell'equipaggio.

NASA/Space Frontiers/Hulton Archive/Getty Images

In questa immagine, I lavoratori della NASA mostrano dove il Columbia ha subito danni alle piastrelle durante il suo primo volo.
Isolamento superficiale riutilizzabile ad alta temperatura (HRSI) :Queste tessere di silice nera sono sul fondo della navetta e in vari altri posti che possono raggiungere fino a 2, 300 gradi Fahrenheit (1, 260 gradi Celsius).

Isolamento composito refrattario fibroso (FRCI) :Queste tessere nere hanno sostituito le tessere HRSI in molti punti perché sono più forti, più leggero e più resistente al calore.

Isolamento superficiale riutilizzabile a bassa temperatura (LRSI) :Queste piastrelle in silice bianca sono più sottili delle piastrelle HRSI e proteggono varie aree da temperature fino a 1, 200 gradi F (649 gradi C).

Isolamento di superficie riutilizzabile flessibile avanzato (AFRSI) :Realizzato in tessuto di vetro di silice, queste coperte esterne sono installate sulla parte superiore anteriore di una navetta e resistono a temperature fino a 1, 500 gradi F (816 gradi C). Negli anni, questi hanno preso il posto di gran parte del materiale LRSI su una navetta.

Isolamento superficiale riutilizzabile in feltro (FRSI) :Questo materiale resiste a temperature fino a 700 gradi F (371 gradi C) ed è realizzato in feltro Nomex bianco trattato termicamente (un materiale utilizzato negli indumenti protettivi dei vigili del fuoco).

Dai un'occhiata ai link nella pagina successiva per saperne di più sulle sfide poste dall'esplorazione dello spazio.

Promemoria amari
Proprio come il disastro del Challenger nel 1986 ci ha ricordato quanto siano rischiosi i lanci di navette, il disastro della Columbia ci ha ricordato quanto sia pericoloso il rientro in atmosfera. Nel 2003, la navetta spaziale Columbia e i suoi sette membri dell'equipaggio bruciarono mentre stavano tornando sulla Terra. Dopo l'indagine, La NASA ha scoperto che il danno all'ala sinistra (che in realtà si è verificato durante il decollo), ha lasciato entrare aria calda al rientro e ha causato la perdita di controllo della navetta e l'incendio.

La discesa di uno Space Shuttle

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