Si una loseta del transbordador espacial saliera de órbita por sí sola, ¿qué porcentaje de su masa, si es que queda alguna, permanecería en una sola pieza hasta que alcanzara la superficie de la tierra?

Si una loseta del transbordador espacial saliera de órbita por sí sola, ¿qué porcentaje de su masa, si la hubiera, seguiría en una sola pieza si llegara a la superficie de la tierra?

La pregunta se inspiró en uno de los comentarios sobre esta pregunta: ¿ Existe un material muy ligero que pueda salir de órbita sin quemarse? específicamente: "Ejemplo trivial: una pieza con la forma adecuada de los mosaicos utilizados en el transbordador. - Loren Pechtel 3 de mayo a las 5:22".

También inspirado en este comentario: "La pregunta es errónea: es posible que nada pueda arrojar calor lo suficientemente rápido en el fuego porque no hay un lugar donde arrojarlo. Sobrevivir al fuego se logra desviando la mayor cantidad de calor posible (llevado por la onda expansiva). ) y ralentizando la entrada de lo que pasa lo suficiente como para que no se cocine antes de que termine. – Loren Pechtel 8 de mayo a las 0:47" a esta pregunta: ¿Existe un material muy ligero que pueda salir de órbita sin quemarse?

Me parece que esta pregunta se vuelve prácticamente imposible de responder por el hecho de que dichos mosaicos eran, estoy casi seguro, térmicamente anisotrópicos. ¿Podemos suponer, quizás, que la "baldosa" es una esfera, digamos, con un radio de 8 cm, que está construida como una de las baldosas en cuestión (es decir, con el revestimiento negro aplicado)?

Respuestas (1)

La pregunta no tiene fallas: irradiar calor no requiere ningún medio.

Este resumen técnico de la NASA (NTRS ID: 19750000042) y muchas otras fuentes dan la temperatura máxima de las placas de aislamiento de superficie reutilizable (HRSI) de alta temperatura de 2300 °F (1543 K). También encontré este sitio web anticuado de Purdue que afirma una temperatura máxima de un solo uso de 2800 °F (1810 K). No encontré información sobre cómo los mosaicos manejan temperaturas más allá de estos límites.

Ejecuté una simulación de un objeto que ingresa a la atmósfera con los siguientes parámetros (se asume un cuerpo romo de 60 ° porque es más fácil modelar el calentamiento y la aerodinámica):

  • masa: 150 gramos (basado en esfera de densidad 144 k gramo metro 3 )
  • diámetro: 6" (15 cm)
  • coeficiente de arrastre: 1.5 [ 1 ]
  • Coeficiente balístico: 5.7 k gramo metro 2
  • Velocidad de entrada: 7.4 k metro s
  • Ángulo de entrada: − 0.01 ° (tratando de emular el lento decaimiento de la órbita)
  • Emisividad térmica: 0,85 [ 2 ]
  • Calentamiento por convección de Sutton-Graves (se ignora el calentamiento por radiación)
  • Equilibrio radiativo para encontrar la temperatura superficial ( q ˙ = ϵ σ T 4 )

Aquí están los resultados: Ambiente Térmico

La temperatura de estancamiento (análoga a la de la superficie) supera ambos máximos durante un período de aproximadamente un minuto. Sospecho que esto no es lo suficientemente largo para extirpar una cantidad significativa de material, por lo que la mayoría (si no todos) deberían sobrevivir.

  1. Opciones de ángulo de cono para vehículos de entrada a la atmósfera: una revisión (Tauber)
  2. SISTEMAS DE ORBITADORES DE TRANSPORTE ESPACIAL SISTEMA DE PROTECCIÓN TÉRMICA
¿Podría explicar qué significa ese gráfico?
@MatthewChristopherBartsh, el calentamiento del punto de estancamiento convectivo (en verde, eje y derecho) se usa como q ˙ para encontrar la temperatura de equilibrio radiativo ( usando la Ley de Stefan-Boltzmann ), trazada como la línea negra continua (eje y izquierdo). La línea negra discontinua es la temperatura del aire ambiente (eje y izquierdo). El equilibrio radiativo da una buena aproximación de la temperatura instantánea del aire en el punto de estancamiento (denominado temperatura de la pared).
@MatthewChristopherBartsh Esta conferencia de aerotermodinámica de la NASA brinda una descripción detallada de muchas de estas ideas (sugiero descargarla porque la URL cambia de forma rutinaria).
Si una loseta del transbordador espacial saliera de órbita por sí sola, ¿qué porcentaje de su masa, si es que queda alguna, permanecería en una sola pieza hasta que alcanzara la superficie de la tierra?
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