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大気圏再突入の安全な帰還方法と機体の温度上昇について
- 大気圏再突入の方法以外に、安全な帰還方法はあるのか、という疑問を持っています。斜めに大気に入り、ゆっくり周回しながら下りる方法は可能かもしれませんが、速度や角度による問題があります。
- 大気圏再突入時の機体の温度上昇についても興味があります。調査した結果、様々な説があるようですが、具体的な温度については明確な情報が得られませんでした。
- また、機体のエアロブレーキコントロールについても疑問があります。空気抵抗を押さえるための方法はあるのか、と思います。航空関連の知識に詳しい方からの教えを待っています。
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> ゆ～っくり斜めに大気に入って、ゆ～っくり周回しながら下りるとか？ 人工衛星は秒速約8kmという非常に速い速度で地球を周回しています。これは、重力で地球に落っこちないために必要な速度です。人工衛星は、それだけの速さを出すことで、地球に落ちないようになっているのです。 (あるいは、地球に落ち続けてはいるのだが、その弾道のカーブが地球の丸さに一致するので、地球に落ちることなく高度を維持できている、とも言えます。とにかく、これより速度が遅いと地球に落ちてしまいます。) 「ゆ～っくり大気に入る」ことができれば、大気圏突入に伴う発熱などは避けられますが、 そのためには、「ゆ～っくり」と言える速度にまで減速する必要があります。 (例えば、マッハ1まで減速するして、秒速8000mから秒速300mちょいにまで減速することになる) ですが、減速に時間をかけすぎると、その間に地球に落っこちて(大気圏に突入して)しまいます。 つまり、「ゆ～っくり大気に入る」ためには、減速中に地球に落っこちないように、「自身の重さをささえるだけの推力」を出しつつ減速する必要があるのです。 (ロケットの宇宙への打ち上げでは、非常に大量の燃料が必要になります。ロケットの質量の大半が燃料です。打ち上げと同じレベルのゆっくりとした突入をしようとしたら、打ち上げと同じだけの燃料が降りてくる時にも必要になってしまいます) 一方、大気との摩擦を利用すれば、容易に減速できるわけですから、わざわざそういった減速のためだけにロケット燃料を用いるのは非常にコストパフォーマンスが悪いといえます。
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- mienaikuuki
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大気圏への再突入時の発熱は突入する大気温度の音速以上の移動速度で物体が突入するために接触した大気が断熱圧縮を受けて発熱するのだと思います。だから突入角度の制御が重要なのだと思います。もし突入前に周回速度を思いっきり減速させるとしたらすごい減速の加速度を受けることになるので機体が耐えても内部に入っているものが壊れてしまうと思われます。 もし周回速度が音速以下になった状態から突入すればパラシュートなどで落下速度が音速を超えずに降下すれば発熱はほとんどないと思われますし、着地時の衝撃に耐えれば壊れることもないように思います。するとやはりスペースシャトルの帰還方法が理にかなっているということになるような気がします。
お礼
加速度による 「G」 で、ぺっちゃんこですか。 www～。それを想像すると、恐ろしいですね～～。 しかし、スペースシャトルって、 人智を集めたすごい乗り物なんですね。 そのシャトルも、予算が下りなくてお仕舞い？ いや、新しい方式の宇宙船が飛ぶんだったかな。 いろいろ情報、ありがとうございます。
- mk57pvls
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こんにちは > 今の大気圏再突入の方法以外、もっと安全な帰還方法って無いん > でしょうか。 地球に戻ってくる時だけじゃなくて、大気のある惑星などへ、探査 の為の観測機材を積んだ宇宙船(?)を着陸させる時も同様な問題にぶち あたります (・o・) 耐熱タイルをありったけベタベタ貼り付けようとしても、宇宙船（ロケ ット？）自体の外径を超えて貼り付ける事は不可能ですから、どうして も限界が出てきてしまうんです。 で、やはりいるんですよねー、そういう時の対策を考えている人って それはNASAがテスト中の Inflatable Re-entry Vehicle Experiment（IRVE）ってヤツ 訳すと"膨張型大気圏再突入実験装置"となるのでしょうか？ 普段は、折りたたまれて収納されていて、イザ突入！という時に急速 に自身を膨張させて、エアブレーキの役目を果たす、と・・・。 http://www.nasa.gov/pdf/378699main_NASAFacts-IRVE.pdf 確かにコレだったら、その収納、展開、方式を工夫すれば宇宙船の 大きさ以上の、バカでかいものだって可能かもしれません。 去年の9月にようやく初の実証実験が行われ、まだまだ研究段階なので 実用化（火星探査での利用を検討中？）はもう少し先みたいなのです が、結構いい感じみたいです。(^_-) いや やっぱNASAは違うわ！ って思っていたら JAXAでも同様な研究 を行っているんですね。「展開型柔構造による回収システムの研究」 http://www.isas.jaxa.jp/home/kougaku/03_report/21th_senryaku_ichiran/pdf/13_jyukouzou_suzuki.pdf さすが あの"はやぶさ"missionを成功させただけの事はありますね！
お礼
「はやぶさ」の成功は、改めて、 日本人の頭脳と技術力の高さを再確認した出来事でした。 この物物作りのすごさ、 日本人は忘れちゃいけないと感じ入りました。 エアロフレーキの分かり易い説明、 ありがとうございます。 片方が英文で、????でしたが、 載っていた写真がそうなんですね。 これを開いてブレーキを掛け、突入速度を抑える。 スペースシャトルの形状を利用したブレーキ法を一歩進め、 こんな形にしたんですね。 これなら、現実的な方法でしょう。 大気圏再突入に関するより詳しい情報がありましたら、 宜しくお願いします！
- utyuutarou
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大気圏再突入の、大気の圧縮熱は、再突入するときの侵入角度と、落下してくる速度によります、侵入角度は水平線から1度の角度で侵入すれば段々空気の薄い部分から濃い部分に時間をかけてゆっくり侵入するので発生する温度が低めになります、スペースシャトルは、黒色の断熱セラミックタイル貼った面積の大きい腹の部分を前方に向けて、地球を何周か回りながら大気の抵抗で減速するので1620度に押さえることができます、しかし、大気圏の投棄されるゴミが詰まった、使用済みプログレス宇宙船や、日本のＨＴV無人補給船は大きな侵入角度で大気圏に秒速8km以下に減速されたといえども高速で再突入するので大気の密度が濃い部分に激突するので3000度以上となりなり燃え尽きるのです、ですから、再突入時の速度を遅くするには、衛星を秒速8kmまで加速するまでに投棄したロケットと同じ推進剤の量を登載した減速用ロケットが必要です、それはできませんので、シャトルでは面積の大きな主翼の空気抵抗で減速して、そして滑走路には主翼の揚力で着陸するのです、エアロブレーキは、小さな折りたたんだフィン（尾翼です）これを展開して、それを傾けることで姿勢を変えたり、減速します、ジェツト艦載機など背中の部分が持ち上がって、着艦時空気抵抗を増やして、ブレーキをかけます
お礼
侵入角度は水平線から1度の角度……、ですか。 あんな薄い大気でも、 シャトルの様な形体のものを上手に使えば、 温度は低く抑えられるのですね。 それでも、1620度なんだ。 プログレス宇宙船や、日本のＨＴV無人補給船。 知らない物なので調べてみますが、3000度ですか。 凄い高温なんですね。 燃え尽きていい物だからなのかな？ エアロブレーキの説明など、ありがとうございます！
補足
よく考えたら、大気圏再突入で300度なんて、低過ぎますよね。 あれってもしかしたら、熱を持つ辺りの大気圏の温度だったのか。 いや、熱圏で2000度になる事もあるそうだし、 ちょっと違うのかな。 耐熱シールドの炭化繊維は、3000余度に耐えられるようですね。 この辺りの詳しい情報を知ってらっしゃったら、 どうぞお教え願いますーっ。
- my3027
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別アプローチですが・・・。
お礼
早速の回答、ありがとうございますっ！ わーw、「軌道エレベータ」なんてものがあったんですね。 何か、どこかのアニメで見掛けた様な気も……。 でも、なかなか実現は難しいようですね。 何せ、1600mのタワーを建てるのに、 まだまだ四苦八苦しているご時世ですから。 大気圏再突入についての情報もありましたら、 宜しくお願い致します。
お礼
何とも微妙な「ゆ～っくり」に、回答ありがとうございます。 綱渡りの様な微妙な速度調整で、落っこちてしまう宇宙船を想像して、 くすっと笑ってしまいました。 いや、宇宙船を落っことしてはいけなかった！ 地球に落ちないように、 「自身の重さをささえるだけの推力」を出しつつ減速するのは、 コストパフォーマンスが悪い、のですね。 よく分かりました。 もし差し支えなければ、 大気圏再突入のより多くの情報を頂ければと思います。