Desafiando la línea Kármán desde arriba

Como punto de partida, el carenado del Falcon 9 va a 8700 kph (Mach 7,7 al nivel del mar) y no tiene caparazón ablativo. Los carenados devueltos vienen con agua pero sin quemar . El punto interesante de esto es que el propulsor iba a 8650 kph, pero sufre abrasador a pesar de la quema de reentrada ya que no se ralentiza en la tenue atmósfera superior y el Bloque 5 tiene cubiertas protectoras. SpaceX planea recuperar el escenario superior con un ballute . Presumiblemente sin una quemadura de reingreso.

Si esto sucede , entonces tendrá una respuesta real a su pregunta. Estoy bastante seguro de que la respuesta es sí, si la nave es lo suficientemente liviana y tiene suficiente arrastre/ascenso, entonces sí sobrevivirá al reingreso, como un avión de papel.

Aquí está el plan de reingreso:

Controle su altitud durante el reingreso de manera que

1. Hay suficiente densidad de aire para generar suficiente sustentación para igualar 1 g a su velocidad actual. En un ángulo de ataque que no esté demasiado cerca de entrar en pérdida . Al principio del vuelo, no necesitará cerca de 1 g de sustentación, ya que está algo en órbita, pero no le hará daño tenerlo: simplemente baje su ángulo de ataque para reducir su sustentación.

2. No hay suficiente aire para obtener 2 g de elevación. Esto asegura que las fuerzas aerodinámicas no crezcan demasiado.

Aquí están los problemas:

1. Manejo supersónico. El planeador tal como está no sería controlable a velocidades supersónicas sin alas delta o alas oscilantes, etc.

2. La relación hipersónica de elevación: resistencia es de alrededor de 4 , a diferencia de un planeador que puede alcanzar los 50 . Con una relación L/D óptima, el coeficiente de elevación es muy bajo , pero con una relación L/D más baja (de alrededor de 2), obtenemos una elevación de alrededor de 0,3. Los perfiles aerodinámicos subsónicos pueden tener un coeficiente de sustentación de alrededor de 1,0 en un margen seguro de pérdida. Esto significaría 3 veces la fuerza de un planeador de planeo lento (no demasiado extremo), a menos que su ala delta sea 3 veces más gruesa. En cuyo caso, la fuerza del viento sería similar al caso subsónico. Tiene aproximadamente 0,5 g de desaceleración de arrastre, por lo tanto, menos tiempo para hacer turismo, pero eso significa una fuerza g máxima de aproximadamente 1,1 g. No es gran cosa.

Incluso con estos dos problemas, puede meter la mano (con guantes de presión) en el flujo de aire durante todo el reingreso y la fuerza no es peor que la de un automóvil en una autopista . Aunque se sentiría diferente ya que es un flujo hipersónico a muy baja densidad de aire en lugar de subsónico a alta densidad. Podías ver la onda de choque brillando y envolviendo tu mano. Se vería bonito.

3. ¡Calor! ¡Calor! ¡Calor! La fuerza del viento es ~ρv^2 y se mantiene justo por debajo de la fuerza de un huracán. Pero el calor es ~ρv^3. Cuando v es mach 20 , no puede tener suficiente viento para generar el impulso necesario sin ser incinerado. Su casco está hecho de muileh, que es un material que no se puede derretir sin importar el calor que haga. Pero la carga útil y las personas no lo son, por lo que tiene el problema del remojo térmico .

Los escudos térmicos ablativos se saturan en términos de flujo de calor: por encima de una temperatura crítica, el escudo térmico comienza a sublimarse y el gas creado evita que fluya más calor hacia el escudo. Esto significa que el tiempo es más importante que la temperatura y quieres entrar rápido.

El transbordador tiene un sistema no ablativo y, de hecho, vuelve a entrar con una fuerza menor. Pero todavía hay alguna ventaja en no provocar demasiado el reingreso (el tiempo aún "gana" contra la temperatura), incluso si no hay tanto efecto de saturación.

Con este plan en mente:

¿A qué altitud y velocidad (máximas) indicaría el variómetro una velocidad vertical de 0 m/s?

No hay límite aquí. Podrías (por un corto tiempo) mantener una velocidad de 0 m/s a cualquier altitud/velocidad en este reingreso.

¿Cuál sería la temperatura máxima alcanzada?

Probablemente alrededor de 1500C, ya que eso es lo que es el reingreso relativamente suave del transbordador espacial . Pero por un tiempo aún más largo que el transbordador espacial.

¿Ha habido alguna vez pruebas reales de desorbitar dispositivos de planeo de alta delicadeza / baja carga de ala?

No que yo sepa. Las alas supersónicas no son de "alta delicadeza" (acorde bajo). Mantener alta la resistencia a la tracción en cualquier lugar cerca de 1500C es un verdadero desafío y un ala larga expuesta al flujo de aire sería difícil de proteger contra el calor. Al igual que la protección de la aviónica.

¿Cuál sería el ángulo de ataque durante todo el descenso, hasta velocidad subsónica?

Cerca del punto de elevación cero en órbita (para mi plan de reentrada), al más alto en hipersónico pero muy por debajo de la velocidad orbital y luego más bajo nuevamente para la porción subsónica.

¿Cómo funciona el efecto Coanda a velocidades hipersónicas?

Supongo que sería al revés. A baja velocidad, el flujo de aire intenta seguir la curva de la pelota. El aire que fluye sobre la parte superior terminará siendo desviado hacia abajo (levantando la pelota hacia arriba) cuando pase por la parte superior trasera de la pelota. Visa-versa para el aire que pasa por la parte inferior de la pelota. El efecto Coandă utiliza la fricción de la piel: una pelota de béisbol lanzada con un giro hacia atrás ralentizará el aire en el lado inferior y acelerará el aire en el lado superior. Esta asimetría genera una elevación neta hacia arriba. A velocidades supersónicas, el aire no tiene tiempo de seguir la curva de la pelota. Golpea la parte delantera de la pelota como una onda de choque y sale disparada a gran velocidad. Eventualmente, será jalado hacia adentro para llenar el vacío dejado por la pelota, pero (suficientemente por encima de mach 1) esto está demasiado abajo para afectar la pelota.hacia arriba debido a la fricción de la piel y, por lo tanto, se empuja hacia abajo , lo cual es opuesto al caso subsónico.

Si pudiera modificar las alas del planeador para que se plegaran y entrar en la atmósfera como una flecha, luego expanda un poco las alas para reducir gradualmente la velocidad mientras crea sustentación, entonces sí, podría usar un planeador para entrar desde la órbita para encontrarse con la línea Kármán, planear y luego aterrizar. sin peligro. El planeador aún necesitaría un escudo térmico, modificación y pesaría más. Tal como está, las alas se arrancarían solo para comenzar.

Este cohete propulsor hace esto:

Propulsor flyback Baikal con segunda etapa
El ala flyback se guarda encima y paralela al fuselaje ^{Fuente: Fundación Rusa para Estudios Avanzados (FPI) a través de russianspaceweb}