¿Cómo funciona saltarse la atmósfera?

En primer lugar, una piedra no salta de la superficie del agua. Salta fuera del agua. La piedra tiene que morder el agua para usar su impulso para volver a salir. Una piedra que salta puede, ya veces lo hace, pasar completamente por debajo de la superficie en el proceso de saltar.

El aire también es un fluido y, de hecho, un cuerpo que se eleva puede saltar de la misma manera que lo hace una piedra en el agua. El aire tiene una "existencia" muy sustancial, especialmente cuando te mueves más rápido.

Sin embargo, no se requiere elevación para "saltar" fuera de la atmósfera, ya que, a diferencia de la superficie aparente de un estanque, la atmósfera es curva. Todo lo que realmente significa en el caso de una entrada saltada es que el ángulo de la ruta de vuelo de entrada no fue lo suficientemente pronunciado como para evitar que el objeto abandone la atmósfera nuevamente. La trayectoria del vuelo de salto balístico no se curva hacia arriba como la de una piedra que salta. Todavía se curva hacia abajo. Sin embargo, el radio de curvatura es mayor que el radio de curvatura de la atmósfera, por lo que regresa al espacio.

Volvemos a necesitar un cuerpo de elevación si desea que el contenedor tenga un conjunto predecible de condiciones de salida. Si bien puede saltar balísticamente sin sustentación, la incertidumbre en el ángulo de entrada se amplifica a una gran incertidumbre en las condiciones de salida, lo que no es bueno si planea volver a ingresar o insertarse en una órbita. La sustentación y/o arrastre del vehículo de entrada se modula a través del vuelo atmosférico del contenedor para controlar las condiciones de salida. Eso es para lo que estaba calificado Apollo , con el fin de controlar las condiciones del segundo reingreso y permitir un aterrizaje seguro en un sitio predecible.

Las entradas salteadas también se pueden usar para distribuir la carga de calor total de una entrada en varias pasadas, lo que permite el enfriamiento entre pasadas. El enfoque de aerofrenado utilizado por varios orbitadores de Marte es un ejemplo extremo de muchas entradas de salto a gran altitud.

Saltar es en realidad una mala elección de palabras, ya que indicaría que el salto sería un cambio en su trayectoria y el reingreso sería su trayectoria "no interrumpida".

La gravedad se puede considerar una fuerza conservativa (para velocidades no relativistas), por lo que su energía se conservaría mientras está en órbita. Esto significa que una vez en órbita, permanecerá en órbita (asumiendo que solo un pozo de gravedad dominará al ejercer una fuerza sobre usted).

Sin embargo, una vez que ingrese a la atmósfera, experimentará resistencia, que es una fuerza no conservativa, por lo que su energía orbital disminuirá. Pero si su energía no disminuye lo suficiente, puede abandonar la atmósfera nuevamente. Esto es lo que llaman un salto. Esto puede deberse a una trayectoria no lo suficientemente profunda en la atmósfera, ya que la densidad y, por lo tanto, la resistencia disminuyen aproximadamente exponencialmente con la altura.

Pero si la reentrada es demasiado profunda, experimentará demasiada resistencia, lo que generará mucho calor del gas de la capa de choque y podría quemarse.

Entonces, si tiene una energía orbital demasiado alta, es posible que deba hacer una reentrada de salto, ya que de lo contrario se quemará. Pero si vienes de una trayectoria hiperbólica, querrás disminuir tu energía orbital lo suficiente como para que al menos estés en una órbita alrededor del cuerpo celeste. De lo contrario, creo que tendrás que ser capturado con la ayuda o los cohetes (o planear otra trayectoria de intercepción).

Uno puede ver esto por sí mismo jugando Kerbal Space Program. No hablan tanto del ángulo de ataque en KSP, pero sí hablan del perigeo del reingreso.

Si tiene un perigeo de reingreso a, digamos, 40 km en el juego, ingresará a la atmósfera (a unos 70 km), comenzará a disminuir la velocidad y, al final, dejará la atmósfera, yendo más lento de lo que iba a Comenzará con, pero continuará haciendo otra órbita.

Si su perigeo es algo así como 30 km, lo más probable es que ingrese a la atmósfera a una velocidad razonable, manteniendo su nave espacial unida y en general funcionando bastante bien.

Si ingresa en un perigeo más bajo, corre el riesgo de golpear el aire demasiado rápido, lo que podría dañar su nave espacial. Tenga en cuenta que, en términos generales, las naves espaciales KSP son más resistentes al reingreso que las naves espaciales reales correspondientes, pero el principio aún existe.

La conclusión es que, para una nave espacial real, desea ingresar a la atmósfera de tal manera que permanezca en la atmósfera alta durante un tiempo y reduzca la velocidad de su nave espacial de manera más gradual. Sin embargo, si intenta hacer esto de manera demasiado conservadora, terminará continuando en órbita, sin haber disminuido la velocidad lo suficiente.

Esto muestra una reentrada de KSP demasiado rápida . No puedo encontrar uno demasiado lento, pero echa un vistazo a esta misión a Eve , el planeta KSP equivalente a Venus.