¿Qué pasaría si un transbordador espacial entrara en la atmósfera de Venus?

¿En qué se diferenciaría la entrada atmosférica de un transbordador espacial de EE. UU. en Venus de la reentrada en la Tierra? Digamos que hay un transbordador espacial en una órbita baja de Venus realizando un arranque de (re)entrada. ¿En qué se diferenciaría la siguiente entrada y vuelo atmosférico del de la Tierra, dada la diferente composición y densidad de la atmósfera venérea y la gravedad un poco más baja, así como la lluvia ácida? ¿Qué impacto tendría en el transbordador y, si algo falla, en la tripulación?

  • Me pregunto cómo sería diferente la entrada atmosférica y el vuelo en la atmósfera del de la Tierra hasta el nivel de 1 atm de Venus (que está a ~33 millas sobre la superficie)
  • y cuánto más bajo en la atmósfera de Venus podría llegar un transbordador espacial antes de que algo falle y qué fallaría (primero) y por qué razón (¿presión/calor/clima extremos?)

Nota: se podría hacer una pregunta similar en Marte, pero dado que ambos planetas tienen una atmósfera de dióxido de carbono casi en su totalidad, la única diferencia importante estaría en sus gravedades. Aparte de eso, hasta el nivel de 0,006 atm de Venus, la entrada sería casi la misma que si un transbordador entrara en la atmósfera de Marte.

En algún lugar a unos 5-10 km de altura, donde la temperatura externa aumenta a 100-200C, la electrónica deja de funcionar. La pérdida de control de la trayectoria hace que el vuelo sea controlado únicamente por las fuerzas aerodinámicas. Afortunadamente, allí la atmósfera ya es lo suficientemente densa como para estabilizarla, y en ese punto ya es lo suficientemente lenta como para permanecer en una sola pieza. Creo que llegaría en una sola pieza. A medida que la atmósfera se vuelve más y más densa, su velocidad terminal podría ser lo suficientemente lenta como para sobrevivir incluso al amerizaje. Por supuesto, en este punto, los astronautas ya se enfrentaban a una muerte dolorosa.
El combustible de tetróxido de nitrógeno restante de los motores de maniobra orbital probablemente explotaría. Será un naufragio resplandeciente.
@peterh-ReinstateMonica naah, :-) , habría un paso de "descargar todo el combustible" en el enfoque.
@CarlWitthoft Ajá, entonces será un naufragio resplandeciente con los tanques de combustible OMS vacíos. El brillo ocurrirá porque la temperatura de la superficie de 400C es suficiente para que las cosas brillen.
@peterh tiene razón sobre el enfriamiento pero no sobre la estabilización. El orbitador era fly-by-wire; tan pronto como la refrigeración y el sistema de control de vuelo fallaran, se caería y se rompería. Si la tripulación no murió por la falta de refrigeración, lo sería por la ruptura.
@OrganicMarble fly-by-wire no significa aerodinámica inestable. Simplemente significa que los controles pasan por una matriz de control digital entre la entrada y la salida. Aunque dada la apariencia del transbordador espacial, tengo mis dudas sobre la estabilidad (dinámica). Pero un airbus también es fly-by-wire, pero en caso de que se apague por completo, no se cae ni se detiene repentinamente.
Agregando esto como medio comentario medio para leer una gran comedia científica. Ninguna respuesta sobre el vuelo en Venus está completa sin hacer referencia al artículo "Interplantary Cessna" de Randall Monroe en what-if.xkcd.com/30 . Los aspectos más destacados incluyen: "El resultado es: su avión volaría bastante bien, excepto que estaría en llamas todo el tiempo, y luego dejaría de volar y luego dejaría de ser un avión".
@OrganicMarble Bien, entonces no se romperá si ya es lo suficientemente lento. Y será lo suficientemente lento - hasta ≈ 60 km puede desacelerar como en la Tierra. Por debajo de los 60 km, la temperatura y la presión comienzan a aumentar, mata a los astronautas y detiene el control electrónico. Pero entonces el transbordador ya es lento. Esto da como resultado un naufragio que cae lentamente sobre la superficie de Venus, cayendo pero en una sola pieza, más o menos como los restos de un barco hundido que "aterriza" en el fondo del mar. Llegará verticalmente. La velocidad de aterrizaje será probablemente lo suficientemente lenta como para permanecer en una sola pieza.

Respuestas (3)

No puedo hablar de los aspectos de la trayectoria, pero el compartimento de la tripulación del Orbiter era muy intolerante con la carga de presión de aplastamiento.

Las dos válvulas de alivio de presión negativa evitan que el compartimiento de la tripulación sea aplastado si la presión ambiental aumenta por encima de la presión en la cabina. Estas válvulas de alivio de presión negativa se agrietarán cuando la presión ambiental sea 0,2 psid mayor que la presión de la cabina. Las válvulas de alivio de presión negativa están ubicadas debajo de la escotilla lateral. Las tapas se proporcionan como un sello redundante para evitar fugas por la borda (Figura 2-8). Cuando la presión fuera de la cabina aumenta por encima de la presión de la cabina, las válvulas de alivio se romperán, las tapas se abrirán y el aire fluirá hacia la cabina para igualar la presión.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, tan pronto como la presión ambiental superara ~ 1 bar, la atmósfera caliente e irrespirable comenzaría a fluir hacia el compartimiento de la tripulación.

Referencia: Manual de capacitación de Shuttle ECLSS

Para ser justos, uno esperaría que la NASA modificara estas válvulas para una misión a Venus, o que incluyera suficiente atmósfera terrestre en tanques de presión para igualar al entrar en la atmósfera de Venus.
@CarlWitthoft nadie en el mundo real consideraría seriamente volar un orbitador no modificado a Venus, pero la pregunta era qué pasaría si lo hiciera. Si uno hiciera las modificaciones requeridas, ya no sería un transbordador.

En términos muy aproximados, basados ​​en datos de Wikipedia y sitios de la NASA:

Un transbordador espacial vacío pesa alrededor de 165 000 libras (74 843 kg). Altura, 56,1 m (184 pies 1 pulgada). Diámetro, 8,7 m (28 pies 7 pulgadas). Entonces, una densidad de alrededor de 22.5 kg metro 3 , mientras que la atmósfera de Venus a nivel del suelo es de 67 kg metro 3 , por lo que el transbordador flotaría en algún lugar a unos 15 km de altitud. O un poco más bajo si agrega unos pocos miles de kg de personas y carga útil.

¡Guau, cierto! Pero, ¿puede soportar alguna atm de presión externa ? Y creo que solo la cabina está sellada, por lo que solo su volumen cuenta como boyante hidrostático.
@peterh tiene razón; la mayor parte del volumen del orbitador se ventilaba al ambiente.
Solo a modo de comparación: la densidad del aire a nivel del mar de la Tierra es de 1,2 kg/m^3. Así que la atmósfera de Venus es mucho, mucho más densa.
Vuelva a transportar la carga útil al no funcionar como un dirigible más ligero que el aire space.stackexchange.com/a/39523/26356
@peterh-ReinstateMonica sí, es posible que tengamos que reconstruir el casco con unobtanium o comprar un casco de General Products.
Lectura ¿Cuál es el gas más denso que se conoce? y viendo la fig. AII.3. Densidad de vapor de UF6 (calculada a presión atmosférica) (página 36) Parece que incluso el hexafluoruro de uranio en su punto de ebullición tiene solo la mitad de la densidad necesaria para evitar el aplastamiento. ¡Pero es un pensamiento interesante!
El radón en su punto de ebullición no es mejor, pero el hexacloruro de uranio puede ser el ganador.
Las dimensiones no son las correctas. Creo que son para la pila completa en la plataforma de lanzamiento. El orbitador tiene solo 37 metros de largo y el diámetro también es más pequeño.
@Neith gracias por señalarlo. ¿Alguna idea del diámetro?
@CarlWitthoft en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_orbiter dice que el compartimiento de carga tiene 4,6 m de ancho, pero de todos modos no está presurizado. spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/basics/orbit.html dice que el volumen presurizado es de 74,3 m3, más 4,24 m3 para la esclusa de aire. Si el vuelo incluye un Spacelab o un MPLM, el volumen presurizado aumenta significativamente.

Va a ser un aterrizaje muy duro.

Voy a marcar manualmente las fases de descenso y aproximación, y me concentraré en el aterrizaje.

La instalación de aterrizaje del transbordador es una pista de 4600 m de largo, 91 m de ancho y 40 cm de espesor. El transbordador espacial necesitaba la mayor parte de toda la pista para aterrizajes, incluso con paracaídas de arrastre.

Este Venus Shuttle requeriría una pista preparada similar para aterrizar, si no más. Esta pista y sus cimientos tendrían que estar hechos de materiales que puedan soportar la temperatura, la presión y la atmósfera corrosiva estándar de Venus. Sin eso, la nave intentará aterrizar en un campo accidentado y, casi con certeza, requerirá un mantenimiento y reparaciones extensos después.

Esa ni siquiera es la parte difícil: ¡volver al espacio será difícil! Hacer el sistema de lanzamiento, apilar el transbordador y reabastecerlo de combustible se deja como un ejercicio para el estudiante avanzado.

Ok, pero la densidad de la atmósfera es la mitad del agua de mar. La velocidad de caída libre del transbordador probablemente no sea suficiente para un choque, creo que llegará suavemente.
Todavía es un aterrizaje de campo accidentado para un vehículo diseñado para una pista muy larga. Así que estoy dispuesto a revisar mi respuesta a "aterrizaje forzoso que necesita reparaciones".
Incluso si la electrónica no fuera destruida por el aterrizaje, probablemente sus constantes de control no estén diseñadas para una atmósfera tan densa. Y es aerodinámicamente inestable, fly-by-wire, lo que requiere un control electrónico continuo. Si su control puede manejar esto, entonces llegará con cabeza. Si no, llegará como un dado tirado.
Tenga en cuenta que la temperatura de 450C probablemente queme rápidamente todo el 1. pintura, 2. engranajes y 3., lo más importante: cables. Los cables quemados provocan cortocircuitos.
@peterh-ReinstateMonica: Eso hace que volver al espacio sea aún más difícil.
¿Qué pasaría si un transbordador espacial entrara en la atmósfera de Venus?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v