¿Puede un planeador ligero sin protección térmica aterrizar desde la órbita, a partir de la velocidad orbital?

Pregunto sobre un planeador sin ninguna protección térmica especial (piloto en el traje espacial), por lo que ambas respuestas a la otra pregunta no cubren el tema.

Cuando el planeador ingresa a la atmósfera, comienza a generar sustentación. ¿Podría esta elevación mantener el planeador lo suficientemente alto, en aire de baja densidad, y de esta manera evitar el daño por calor? El planeador entonces volaría una larga distancia, perdiendo velocidad y altitud lentamente, hasta alcanzar la velocidad y elevación a la que puede aterrizar con seguridad. Parece que se podría generar mucha sustentación a la velocidad y la densidad del aire donde el metal ya se quema.

¿Se ha hecho algún análisis si tal aterrizaje es posible?

No. No importa el vehículo que sea, debe entrar a la atmósfera a gran velocidad, creo que del orden de 2 a 3 km por segundo! Eso es muy rápido y no hay forma de reducir la velocidad sin generar mucho calor. Tienes que convertir la energía cinética en algo.
"Cuando el planeador ingresa a la atmósfera, comienza a generar sustentación": Cierto, pero también comprime el aire hacia adelante a una presión extrema. El aire se calienta, se convierte en magma y el avión arde . Si recuerda el apagón de radio cuando una cápsula vuelve a entrar en la atmósfera, la razón es la presencia del magma ionizado.
La velocidad es alta pero el ambiente es muy escaso allí. En algún lugar muy cerca del límite superior, podría potencialmente generar suficiente sustentación para mantenerse lo suficientemente alto para evitar el sobrecalentamiento.
"la atmósfera es muy escasa allí", por lo tanto, el aire no hace mucho para absorber energía cinética / disminuir la velocidad, luego el aire comienza a ser más denso y se calienta bajo presión mientras se transfiere energía. Es por eso que la mayoría de las estrellas fugaces arden en la atmósfera. Agregue a esto que el rango para el ángulo de ataque de entrada es muy pequeño.
@mins: quieres decir plasma. No hay magma en el espacio.
@TonyK: ¡Sí, gracias! No sé por qué el magma cruzó por mi mente...
hazlo 2 planeadores, orbitando en direcciones opuestas, conectados con una cuerda elástica. el cable absorbe la energía cinética, los planeadores se detienen y desconectan el cable, luego simplemente se caen, estilo baumgartner ;-)
@szulat: Hay dos problemas: 1/ La cuerda debe ser muy resistente ya que debe detener el equivalente a un planeador volando a 6 km/s, digamos que el planeador tiene una masa de 100 kg, esto es 3,6 gigajulios de energía cinética , casi lo mismo que un B767 volando a 400 kt . Buena suerte. 2/ Entonces tienes la aceleración en caída libre por gravedad, después de 5 minutos, el planeador estará ya a 1,3 km/s. Nada ha cambiado realmente.
La velocidad orbital de @Simon Low Earth es de alrededor de 7 km / s.

Respuestas (4)

No.

La temperatura del punto de estancamiento aumenta con el cuadrado de la velocidad real del aire.

La disipación de temperatura es proporcional a la velocidad y densidad reales del aire.

La sustentación es proporcional al cuadrado de la velocidad del aire y la densidad.

La menor carga alar de un planeador (en comparación con el Shuttle, por ejemplo) significa que todo el reingreso será más lento, pero eso no es necesariamente una ventaja. Tenga en cuenta que el transbordador necesitaba refrigeración externa para evitar que el calor almacenado en el escudo térmico se disipara en la estructura del transbordador. Si el planeador vuela una reentrada más larga, estará más cerca del equilibrio térmico. Además, la forma aerodinámica de un planeador es una desventaja aquí porque la carga de calor más baja es posible con un objeto romo; esta es la razón por la cual los vehículos de reingreso se ven como lo hacen.

Solo para darle una idea de las temperaturas involucradas:

Si expresamos la velocidad como número de Mach, una velocidad típica de reentrada sería Mach 25. Esto hace que la temperatura de reentrada en el punto de estancamiento

T s = T ∞ ⋅ ( 1 + γ − 1 2 ⋅ METRO a 2 ) = 126 ⋅ T ∞
a Mach 25. Si asumimos 195 K en el borde del espacio , esto da como resultado 24 570 K, en teoría, porque los efectos de ionización harán que la temperatura final sea más baja y la proporción de calores específicos γ = C pag / C v ya no es constante. Para calcular el valor real se necesita un modelo de gas fuera del equilibrio, ya que el radio de la nariz de las alas y las superficies de la cola típicas de los planeadores es del orden de un centímetro. La distancia entre la onda de choque separada y la estructura es demasiado pequeña para que las moléculas de gas alcancen el equilibrio.

Por otro lado, las resinas epoxi utilizadas en la construcción de planeadores curan primero a temperatura ambiente y luego se templan a unos 60°C. La temperatura de transición vítrea T gramo de tales resinas es, en el mejor de los casos, un par de grados por encima de la temperatura de curado. T gramo marca el comienzo del debilitamiento de la matriz compuesta, y calentar el planeador encima lo dañará permanentemente. Dado que el planeador permanecerá durante decenas de minutos en el aire a una temperatura de varios miles de grados y no tiene protección térmica, se asegurará de que todo lo que llegue al suelo sea un trozo de material carbonizado.

¿Puede aclarar esta oración que no puedo entender ? "Tenga en cuenta que el Transbordador necesitaba refrigeración externa para evitar que el calor almacenado en el escudo térmico se disipe en la estructura del Transbordador" . ¿Qué enfriamiento externo estaría disponible durante el descenso además de usar el resto del transbordador como disipador de calor?
@AdrianHHH: Inmediatamente después de aterrizar, el transbordador tuvo que conectarse a una unidad de refrigeración externa que alimentaría las líneas de freón que atraviesan las bahías de aviónica y el sistema hidráulico del transbordador. La fuente de calor eran tanto los sistemas internos como el escudo térmico.
Según se informa, esta es la razón por la cual Starship de SpaceX abandonó un casco compuesto por uno de acero. La disposición de fibra de carbono es mucho peor que el acero cuando hace mucho frío o mucho calor.

Recuerda que la temperatura de un gas está relacionada con la velocidad de sus moléculas. Cuando las moléculas golpean un objeto que se mueve a 25000 pies por segundo y rebotan, eso les da una temperatura de muchos, muchos miles de grados (C o F). Un objeto de balsa se carbonizaría y sería destruido. Un planeador tendría que estar diseñado para tener una buena sustentación para arrastrar a Mach 22+, no es un truco menor.

Y cuando pierda solo el 30% de su velocidad, necesitará soportar la mitad de su peso ya que ya no tendrá velocidad orbital. Eso equivale a una sustentación significativa, por lo tanto, un arrastre significativo y, dado que la potencia es velocidad multiplicada por la fuerza, una potencia disipada muy grande aparecerá como calentamiento.

Entonces, lo siento, pero el blindaje térmico es necesario para evitar la destrucción térmica.

Sí. Con suficiente relación entre la envergadura y el peso del ala, debería ser capaz de reducir la velocidad en la atmósfera más alta, saltando sin perder altitud durante mucho más tiempo del que tardaría el transbordador espacial en reducir la velocidad. ¿Reventaría un globo si la entrada fuera lo suficientemente poco profunda? Con una presión de .00001 atmósfera nadie lo ha probado; sí, es posible. Un dirigible en forma de ala que pese mucho más ligero que el aire a nivel del suelo debería funcionar. Ponerlo en órbita sería imposible, pero construirlo en el espacio para entrar es posible.

Esta fue la imagen más cercana a lo que estoy hablando mostrando que hay un material capaz de resistir una entrada más rápida que las velocidades orbitales. El que estoy pensando sería mucho más grande y con forma de ala y podría aterrizar sin paracaídas como un aterrizaje estancado. No necesitaría paracaídas ni retrocohetes debido a la relación superficie-peso.

ingrese la descripción de la imagen aquí

https://www.newscientist.com/article/dn10288-inflatable-cushions-to-act-as-spacecraft-heat-shields/

Para objetos pequeños, probablemente haya una 'densidad crítica de aeronaves' por debajo de la cual es posible un regreso desde la órbita. Un modelo de planeador de madera de balsa probablemente aterrizaría ileso después de un reingreso muy largo... Lo mismo se puede esperar de un avión de papel. La pequeña masa significará que se disipará poca energía, y la gran resistencia y la larga reentrada asegurarán que su tasa de disipación ("potencia en la reentrada") se mantenga lo suficientemente baja...

esto es un montón de hipótesis sin datos reales. esto debería haber sido un comentario.
¿Puede un planeador ligero sin protección térmica aterrizar desde la órbita, a partir de la velocidad orbital?
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