宇宙船の大気圏突入から地上到達までの時間を教えてください

質問

自由落下で突入から地上到達までどれくらいかかるのでしょうか？

また自由落下以外での地上到達方法はあるのでしょうか？
その場合はどれくらいの時間がかかるのでしょうか？

お教え頂きたくお願い申し上げます。

回答No.4

satoumasaru · ベストアンサー

物理一般に限らず、科学用語の場合はその用語を意味をきっちりと定義されています。各人ごとに用語の意味がバラバラではなにもできませんものね。

では自由落下とは、大辞林によると
重力だけの力によって落下すること。空気の抵抗や回転の影響がないと考えられる時にいう。
とあります。

ですから、人工衛星が地球の周りを回っているのも自由落下ですし、東京タワーから石を落とした時も自由落下です。軌道に回っている人工衛星に秒速６キロメートルまでスピードダウンすれば、人工衛星として地球を回ることができなくなります。そうすれば、あとは何もしなくても地球に落下していきます。これも自由落下です。（まあ厳密にいえば空気抵抗がありますが）＃３さんのおっしゃっているとおりです。

しかし地球に自由落下した場合は、どんどん加速度がついていきますので、無事に地球に戻ることはできません。皆さん方がおっしゃられるとおりに、地球に激突するか、その前にチェレンジャーの事故のように地表に到着するまでに宇宙船がバラバラになってしまうでしょう。

しかし質問者さんのおっしゃるのはそうではなしに、通常の宇宙船が地球上に戻る時間ですよね？

そうすると、これはどの程度、軌道において減速するのか、また、大気圏突入後はどのような方法で安全に地上に到着するかということにより相当時間が異なります。もしほんのわずかの衛星軌道を維持できないぎりぎりの原則をすれば、＃１さんのご回答のとおりに大体２時間２５分で地球に「自由落下」します。（しかし＃１さんはすごいですね。この回答のためだけにプログラムを書いて結果を計算されたのですから）ですが、宇宙船は粉々です。

通常の有人宇宙船は、もっと強く減速するようですね。＃２さんのサイトによると３０分～１時間程度のようですね。（＃２さんも、よくこれだけのサイトを探されましたね。感心します。）

回答No.3

nozomi500

「宇宙船」というからには乗り物ですよね。
自由落下で地上に到達したら、激突で木っ端微塵になります。乗り物である限りそれはありえないかと思います。（ミサイルならともかく）
空気抵抗でスピードを落とした上に、アポロではパラシュート、スペースシャトルでは翼による滑空という方法を使って「落ちる」を「下りる」に変えています。

エンジンをとめて慣性飛行をしている間（中では「無重力状態」）は「自由落下」状態です。落ちつづけながらとんでいるわけです。

回答No.2

manda

「 自由落下で 」というのがどういう事を想定しているのか
判りませんが、実際にあった物が何分かかって帰還したか、
以下をご参照ください。

　◆アポロ
http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/ap11ann/apollo11_log/log.htm
　　（ 英語ですが、ページの一番下が帰還の様子ですから
　　　　なんとか読んでください ）

　◆スペースシャトル
　　http://iss.sfo.jaxa.jp/iss_faq/faq_sts_14.html

回答No.1

First_Noel

＞自由落下で突入から地上到達までどれくらいかかるのでしょうか？

軌道を回っている限りそれは自由落下ですので，
「自由落下で」の御意図が不明です．
大気抵抗があるので，実際には「自由落下」ではありません．
又，軌道の基礎知識ですが，軌道の一部で減速が起こると，
その点での高度は下がらず，軌道の反対側が最も大きく高度低下します．
大気圏が何処から始まるかも不明ですが，まぁ大体高度２００ｋｍ以上なら
何とか継続的に人工衛星を運用出来ますから，２００ｋｍとします．

と言う点を踏まえた上で，高度２００ｋｍを回っていた人工衛星が，
突然大気抵抗を感じ始めて落下への道を歩み始めた，として，
ざっと簡単なプログラムを走らせてみました．

結果は，大体２時間２５分で，地球を１周と３分の２回ったところで
地面（高度０ｋｍ）に落ちました．
ここで，大気抵抗を求めるのに必要な抗力係数を４，
人工衛星の進行方向へ向かう面積を２．９１ｍ２，
人工衛星の質量を５０ｋｇとしました．

アポロやスペースシャトルのような帰還方法を想定してらしたのでしょうか．
だとすると，初期軌道，突入角度，機体の形状，などなどによって
いろいろですし，スペースシャトルの場合は目的の空港まで操縦しますから，
一層一概には言えません．

＞また自由落下以外での地上到達方法はあるのでしょうか？
＞その場合はどれくらいの時間がかかるのでしょうか？

重力と大気抵抗を利用しない方法・・・となると，
軌道からずっと逆噴射して着陸するとか考えられますが，
まず軌道速度を０にして，その後加速度０となるように
逆噴射し続けるのですから，莫大な燃料を必要とします．
と言いますか，成立しないと思います．
（運動方程式とロケット方程式で解けますが，割愛させて頂きます．）