¿Un vehículo de reingreso más pequeño manejaría mejor velocidades de reingreso muy altas?

Independientemente del tamaño, a menos que alguien sea tonto, el vehículo estará diseñado para manejar las velocidades de reingreso. Entonces, uno pequeño no los manejará "mejor" que uno grande.

Sin embargo, tiene razón en que es más fácil y requerirá mucha menos masa para que uno pequeño maneje las velocidades y otras responsabilidades de aterrizaje que uno grande.

Si ya se ha aceptado que habrá un espacio habitable separado del vehículo de entrada, y para Inspiration Mars lo ha hecho, entonces tiene sentido hacer que el vehículo de entrada sea lo más pequeño posible para que la tripulación pueda caber dentro y apoyar a la tripulación de forma independiente durante una hora, si eso es así. Esa es básicamente la filosofía de la nave espacial Soyuz, que a diferencia de Apolo tenía un espacio de habitación separado.

El coeficiente balístico es una cantidad importante para observar el reingreso. Escalas de coeficiente balístico con masa/área de sección transversal.

Aumente las dimensiones de una forma por un factor de r y su área de superficie de sección transversal aumentará por r^2 y su volumen por r^3. Entonces, el coeficiente balístico se vuelve menor a medida que aumenta el tamaño.

Aquí hay una foto de una variedad de objetos que tienen el mismo coeficiente balístico:

Entonces sí, es más fácil tener un coeficiente balístico más favorable para cargas útiles pequeñas.

Actualmente se está estudiando un proyecto extraño para "aterrizar" sondas en Marte sin paracaídas o retro-cohetes o lo que sea: las sondas serán tan delgadas y grandes que simplemente caerán lentamente como hojas de papel sin dañarse. http://www.space.com/25000-planetary-exploration-flat-landers-tech-nasa.html

Esto es posible porque lo que se necesita para un "aterrizaje suave" es una pequeña velocidad vertical. Un objeto que se deja en caída libre en la atmósfera acelera hasta la "velocidad terminal", cuando la fuerza de arrastre del aire llega a ser tan alta como la fuerza gravitatoria, por lo que no se aplica más fuerza al cuerpo, por lo tanto, no hay aceleración, por lo tanto, no hay variación de velocidad.

La fuerza de arrastre del aire es$F= \frac 1 2 \rho C_d A v^2$, dónde$\rho=$densidad del aire,$C_d$=Coeficiente de arrastre del aire y A=área de la sección transversal. Cuanto mayor sea el área de la sección transversal, mayor será la fuerza de arrastre del aire.

Fuerza gravitacional (objeto que acelera):$F=mg$

Fuerza de arrastre del aire (objeto de frenado):$F=-\frac 1 2 \rho C_d A v^2$

Por lo tanto, la velocidad máxima alcanzable para un objeto en caída libre es:$v_t=\sqrt \frac {mg}{\frac 1 2 \rho C_d A}$

Si puedes sintonizar m,$C_d$y A para lograr una velocidad terminal baja (5-10 m/s), se obtiene un aterrizaje suave.

Entonces, en lugar de un vehículo "más pequeño", necesita un vehículo "más grande"

En cuanto al punto dos, si un vehículo es más pequeño significa que será mucho más ligero. Los vehículos más livianos significan paracaídas de reingreso más pequeños, lo que también significa que tiene una reducción en el peso transportado al despegar.

Cuanto más grande sea el vehículo, más grande tendrá que ser la capota. Esto también significa que cuanto mayor sea el drogue de despliegue tendrá que ser así como el grosor de los materiales de suspensión utilizados que conectarán el vehículo a la tolva.

Cuanto más ligero sea el peso de la cápsula, más pequeño tendrá que ser el paracaídas.

Vea mi otra respuesta aquí para obtener más información sobre los paracaídas .

Creo que su punto 1 no está redactado tan bien como podría estarlo. Lo que creo que quieres decir es " área de sección transversal ", no " área de superficie ".

Si está utilizando un material con una transmisión de calor razonable (es decir, no bloques de cerámica, vea a continuación), tener un área de superficie más grande le permite distribuir la carga térmica de manera más efectiva. Esto contrasta con tener un área de sección transversal más grande que aumentará la carga térmica en forma de arrastre/fricción/calentamiento por ondas de choque/etc. Por lo tanto, un área de superficie más grande es beneficiosa y un área de sección transversal más grande no lo es.

Tenga en cuenta que a lo que me refiero es al método de "disipador de calor" para lidiar con el calor de reentrada. Esta técnica no es adecuada para todas las embarcaciones. El transbordador espacial, por ejemplo, no lo usó, sino que optó por proteger contra la transferencia de calor por convección. Se puede pensar en el transbordador como un termo gigante, lo que dificulta la transferencia de calor a la piel, mientras que se puede pensar en el método del disipador de calor como algo que absorbe todo el calor para irradiarlo con el tiempo (una vez que se elimina la fuente de calor).

Interesante punto termodinámico: la transferencia conductiva es la forma en que se aplica la fricción, pero con las ondas de choque de reentrada puede diseñarla para que la carga de calor sea casi toda convectiva... lo que significa que un espacio de aire actúa efectivamente como su primera capa de aislamiento.