¿A qué altitud deja de ser un problema la compresibilidad transónica?

Esto dependerá en gran medida de la velocidad de reingreso. Las soluciones típicas de la mecánica de fluidos disponibles para nosotros a través de la ecuación de Navier-Stokes solo son aplicables en el régimen de flujo continuo (donde las moléculas de gas son lo suficientemente densas como para que su camino libre medio sea bastante corto, es decir, chocan entre sí en lugar de colisionar). simplemente hacer ping en la distancia).

Podemos calcular si el flujo alrededor de una nave espacial está en el régimen de flujo continuo por el número de Knudsen:

donde lambda es el camino libre medio y L es una escala de longitud característica (longitud de su nave espacial o su aleta).

Alternativamente, se puede definir en términos del número de Mach, el número de Reynolds y la relación de calores específicos. Entonces, debes saber qué tan rápido están entrando en la atmósfera.

Cuando$Kn$es mayor que 10, es seguro decir que ahora estás en la tierra de la dinámica de gas enrarecido. Cada molécula ahora debe ser tratada individualmente, con su propia velocidad, energía, temperatura, etc. en lugar de como una masa continua de fluido.

¿Significa esto que los efectos del gas comprimible desaparecen cuando el gas se enrarece? No, no lo hace. Usando métodos DSMC, este trabajo de investigación (sobre las características de un satélite brasileño durante el reingreso) muestra que todavía hay un coeficiente de arrastre significativo cuando estás en un flujo enrarecido: http://www.scielo.br/scielo.php? script=sci_arttext&pid=S0103-97332003000200044 (Flujo hipersónico de gas enrarecido cerca del satélite brasileño durante su reingreso a la atmósfera, Felix Sharipov). Las ondas de choque todavía son bastante posibles, pero tienen una distancia de separación mucho menor.

Odio ser simplista, pero la pregunta es difícil. Cuando decimos "no tema", ¿a qué nos referimos? ¿Podemos cuantificar la fuerza del choque que se formará en un número de Mach cercano a 1? ¿Podemos decir qué fuerza de arrastre causará el choque y si esto es importante en cuanto a la capacidad de control del vehículo? La altitud a la que existe el flujo enrarecido también cambiará según la densidad atmosférica, y eso puede variar con la producción de energía del sol, lo que lo coloca en la categoría completa de clima espacial.

Este es el tipo de pregunta que ayuda a responder una buena instrumentación alrededor de su nave espacial, así como un análisis y simulación reflexivos, y todavía es difícil entonces. Necesitaría el CAD del vehículo, el perfil de vuelo, un poderoso solucionador de partículas, un buen grupo de computadoras y uno o dos meses de su tiempo para obtener una respuesta razonablemente buena.

También puede ser que el vehículo pase rápidamente de transónico a subsónico (donde las aletas de la rejilla nuevamente se comportarán de manera predecible). Si no está en ese régimen por mucho tiempo, tal vez pueda soportar los efectos transitorios del impacto, como si las llantas de su automóvil se deslizaran sobre el hielo por solo una fracción de segundo. Esto es difícil de saber sin ver el perfil de vuelo con números de Mach frente al tiempo (y debo señalar que la velocidad a la que se mueve el vehículo no necesariamente le dará una idea correcta del número de Mach, que está influenciado por la temperatura ).

dado su potencial para crear resistencia a velocidades hipersónicas, lo que posiblemente reduzca los requisitos de protección térmica

El refuerzo Falcon 9 no utiliza un escudo térmico.

Las aletas de rejilla están diseñadas para estar en la zona Q DESPUÉS de lo que requiere un escudo térmico.

Como referencia, el titanio utilizado por SpaceX para las aletas de la rejilla se derrite a 1650°C.

Un escudo térmico Soyuz se encuentra con temperaturas de hasta 3000°C. (Cerca del punto de ebullición del titanio).