¿Cómo podrían las fuerzas aerodinámicas romper el orbitador Challenger?

Explicación de Wikipedia de la secuencia de eventos:

La falla de la junta tórica provocó una brecha en la unión de la SRB que selló, lo que permitió que el gas caliente presurizado del interior del motor del cohete sólido llegara al exterior e incidiera en el hardware de fijación de la SRB adyacente y el tanque de combustible externo. Esto condujo a la separación del accesorio de popa del SRB derecho y la falla estructural del tanque externo. Las fuerzas aerodinámicas rompieron el orbitador.

Entiendo que la destrucción de SRB estaba creando muchos escombros, y la destrucción del tanque de combustible intuitivamente parece fatal. Pero este texto no va en esa dirección. A pesar de los diversos escombros, se afirma que las fuerzas aerodinámicas destrozaron el propio orbitador. Tal vez sea una combinación de los dos, pero ciertamente implica que las fuerzas aerodinámicas fueron suficientes para romper el orbitador.

Pero este transbordador espacial ascendía, no volvía a entrar. Eso debería ponerlo muy por debajo de la velocidad orbital y (supongo) muy por debajo de la velocidad que ve el vehículo de reentrada a esa altitud. Si tiene un escudo térmico que puede soportar la tremenda aerodinámica del reingreso, entonces ¿por qué este punto del vuelo fue obviamente destructivo cuando cambió la actitud?

Respuestas (3)

entonces, ¿por qué este punto de vuelo era obviamente destructivo cuando la actitud cambiaba?

El vehículo acababa de pasar la presión dinámica máxima ( max Q ), por lo que las cargas aerodinámicas en el vehículo de lanzamiento y el orbitador estaban cerca del máximo cuando comenzó la ruptura.

Por lo que he leído, los tanques de hidrógeno y oxígeno se rompieron aproximadamente al mismo tiempo, por lo que la ruptura del ET ocurrió muy rápidamente.

Cuando el ET se desintegró repentinamente, la actitud del orbitador, con respecto al vector de velocidad, cambió, lo que, en combinación con las tensiones de los puntos de unión al ET que se desintegraba, rápidamente rompió el orbitador.

Si observa atentamente un video en cámara lenta de los momentos iniciales de la ruptura del ET, puede ver que la nariz y el compartimiento de la tripulación giran 'hacia abajo' de una manera que no podría hacerlo si todavía estuviera conectado a la bahía de carga útil.

Para un ejemplo contemporáneo, considere la reciente ruptura de Spaceship 2 cuando su actitud (evidentemente) cambió repentinamente con respecto a su vector de velocidad debido a que los auges de la cola se emplumaron prematuramente.

Me acuerdo de una cita de Story Musgrave de que el transbordador es... "muy frágil. Una mariposa atornillada a una bala, ya sabes".

Si tiene un escudo térmico que puede soportar la tremenda aerodinámica del reingreso

Las cargas estructurales en el orbitador son las que son relevantes aquí. Las cargas durante el reingreso (nominal) son bastante menores que las cargas durante el ascenso.

Como nota adicional, el escudo térmico del transbordador espacial es (en su mayoría) increíblemente frágil, como la espuma de poliestireno. Solo las partes de carbono-carbono reforzadas de color gris claro en la nariz y los bordes de ataque del ala son físicamente fuertes.

Del mismo artículo de Wikipedia:

Challenger se desvió de su actitud correcta con respecto al flujo de aire local, lo que resultó en un factor de carga de hasta 20 (o 20 g)

El SRB empujó la pila hacia los lados. Como el morro ya no apuntaba hacia el viento, la carga aerodinámica creció mucho más de lo que sería en un ascenso o descenso normal.

Cualquier avión de alto rendimiento se romperá si se gira abruptamente desde su dirección de viaje a gran velocidad.

En vuelo normal, los delgados bordes de ataque de las superficies aerodinámicas atrapan relativamente poca resistencia del aire, por lo que hay relativamente poca fuerza en las alas y se dirige a lo largo de la nave. A medida que el avión se desvía de la dirección de viaje, la sección transversal aerodinámica efectiva de las alas y la cola de repente se vuelve mucho más grande, y la carga en las alas aumenta rápidamente a 20 g, como se indica en la respuesta de Hobbes. La carga máxima esperada en el transbordador era de aproximadamente 3 g (en reingreso) y la estructura del avión estaba clasificada para 5 g.

Tenga en cuenta también que la parte más caliente y rápida del reingreso ocurre en el aire muy delgado a gran altura. En contraste, la explosión del Challenger ocurrió durante el ascenso a 48,000 pies, al 14% de la presión del nivel del mar, este es todavía un aire relativamente denso en comparación con el comienzo de la reentrada, y un mal lugar para volar de lado a mach 2.

"en lugar de los 3 g de un reingreso normal" Challenger se rompió durante el ascenso, no durante el reingreso. Es posible que desee aclarar eso. Fue Columbia la que fue destruida durante el reingreso.
La referencia al reingreso es correcta tanto en la pregunta como en las respuestas: las cargas aerodinámicas son mayores en el reingreso, por lo que el orbitador debe diseñarse para eso.
Cierto, no pretendía dar a entender que Challenger estaba en reingreso. :)