Вход в атмосферу

Вход в атмосферу посадочного модуля аппарата Mars Rover (рисунок художника)

Вход в атмосферу в космической технике обозначает фазу входа космического аппарата в атмосферу. Из-за аэродинамического сопротивления внешней газовой среды оболочка аппарата, движущегося на большой скорости, нагревается до значительных температур. Если объект должен выдержать вход в атмосферу, ему необходима тепловая, как правило абляционная, защита.

Термин используется не только для пилотируемых летательных объектов, но и для космических зондов, боеголовок межконтинентальных ракет, капсул с пробами, а также для объектов, которые могут или должны сгореть, например, израсходованные ракетные ступени или отслужившие срок спутники. Понятие не применяется для объектов, которые достигли лишь незначительной части орбитальной скорости, и поэтому термическая нагрузка остаётся небольшой.

Сход с орбиты начинается с включения тормозных двигателей. Американский космический челнок, например, для тормозного импульса (deorbit burn) включает маломощные двигатели системы орбитального маневрирования примерно на три минуты. Уменьшение скорости всего на 1 % (примерно 90 м/с) позволяет войти в атмосферу по эллиптической траектории на противоположной стороне Земли. Форма и угол атаки ракетоплана вызывают подъёмную силу, которая задерживает спуск в плотные слои атмосферы и, таким образом, растягивает диссипацию энергии во времени.

Этапы входа в атмосферу Земли

Вход крупного неспасаемого космического аппарата

• 140 км — давление набегающего воздуха составляет 0,25 Па (0,0000025 атмосфер);
• 122 км — первые заметные признаки аэродинамического воздействия атмосферы на космический аппарат;
• 100—110 км — начало обгорания выступающих деталей (антенн и солнечных батарей);
• 80—90 км — разрушение и разделение объекта на крупные обломки;
• 40—80 км — максимальная ионизация и нагрев воздуха от адиабатического сжатия;
• 60—70 км — максимум разрушения с разделением крупных частей на мелкие фрагменты;
• 40—50 км — окончание фрагментации и дальнейшее падение несгоревших обломков на поверхность Земли.

Вход небольшого неспасаемого аппарата

Небольшие и тонкоконструкционные спутники начинают разрушаться раньше и могут полностью сгореть с рассеиванием пылевых остатков в атмосфере.

Области применения

Возвращение на Землю

В пилотируемой космонавтике вход в атмосферу неизбежен при возвращении спускаемых аппаратов многоразовых транспортных систем (Спейс шаттл, Буран), а также космических кораблей (Союз, Аполлон, Шэньчжоу, Dragon SpaceX), которые должны преодолеть вход в атмосферу без катастрофических повреждений, не ставя под угрозу жизнь космонавтов.

Каждый старт многоступенчатой ракеты приводит к тому, что отработавшие ступени входят в атмосферу и частично/полностью сгорают.

Вышедшие из эксплуатации низкоорбитальные спутники также намеренно уводят с орбиты, после чего они сгорают (полностью или частично). При плановом сведении траектория входа выбирается таким образом, чтобы не сгоревшие крупные фрагменты упали в океан (в район, известный как Кладбище космических кораблей) или необитаемые районы суши. Известный пример — затопление российской космической станции Мир.

Увод с орбиты

В 1971 году первая в мире орбитальная станция Салют-1 была преднамеренно сведена с орбиты в Тихий океан, вслед за аварией Союз-11. Салют-6 и Мир также были контролируемо спущены с орбиты.

Ссылки

• Returning from Space: Re-entry // FAA (англ.)
• Адамс М. К. (Мае С. Adams), Конструкции, материалы, вход в атмосферу — Вход в атмосферу
• Салахутдинов Г. М. ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА В КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ — М: «Знание» — 1982 (epizodsspace.no-ip.org/bibl/znan/1982/7/7-salahutdinov.html)
• Торможение в атмосфере, Аппараты для спуска в атмосфере / Попов Е. И. Спускаемые аппараты — М: «Знание» — 1985