حقائق عن العودة إلى الغلاف الجوي للأرض

واحدة من أصعب المشاكل التي يتعين على مهندسي المركبات الفضائية حلها هي مشكلة العودة إلى الغلاف الجوي للأرض. على عكس معظم الحطام الفضائي ، الذي يحترق لأنه يواجه الواجهة بين الغلاف الجوي والفضاء ، أ يجب أن تظل المركبة الفضائية سليمة وباردة أثناء هذه المواجهة حتى تتمكن من العودة إلى الأرض مرة واحدة قطعة. يجب على المهندسين أن يوازنوا بين القوى القوية في اعتباراتهم من أجل تحقيق هذا الهدف وتجنب الكارثة.

من أجل أن تكون في المدار في المقام الأول ، يجب أن تكون المركبة الفضائية أو القمر الصناعي قد حقق سرعة الإفلات. هذه السرعة ، التي تعتمد على كتلة الأرض ونصف قطرها ، في حدود 40000 كيلومتر في الساعة (25000 ميل في الساعة). عندما يدخل الجسم إلى الأطراف العليا من الغلاف الجوي ، يبدأ التفاعل الاحتكاك مع جزيئات الهواء في إبطائه ، ويتحول الزخم المفقود إلى حرارة. يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 1650 درجة مئوية (3000 درجة فهرنهايت) ، ويمكن أن تكون قوة التباطؤ سبعة أضعاف أو أكثر من قوة الجاذبية.

تزداد قوة التباطؤ والحرارة المتولدة أثناء إعادة الدخول مع شدة انحدار الزاوية بالنسبة إلى الغلاف الجوي. إذا كانت الزاوية شديدة الانحدار ، تحترق المركبة الفضائية ، ويتحطم أي شخص سيئ الحظ ليكون بالداخل. إذا كانت الزاوية ضحلة جدًا ، من ناحية أخرى ، فإن المركبة الفضائية تنطلق من حافة الغلاف الجوي مثل الحجر الذي يقذف على سطح البركة. المسار المثالي للعودة هو نطاق ضيق بين هذين الطرفين. كانت زاوية عودة مكوك الفضاء 40 درجة.

أثناء إعادة الدخول ، تواجه مركبة فضائية ثلاث قوى متنافسة على الأقل. قوة الجاذبية هي دالة لكتلة المركبة الفضائية ، بينما تعتمد القوتان الأخريان على سرعتها. يعتمد السحب الناجم عن احتكاك الهواء أيضًا على مدى انسيابية المركبة وعلى كثافة الهواء ؛ يتباطأ الكائن غير الحاد بسرعة أكبر من الكائن المدبب ، ويزداد التباطؤ مع نزول الجسم. كما تتعرض المركبة الفضائية ذات التصميم الديناميكي الهوائي المناسب ، مثل مكوك الفضاء ، لقوة رفع عمودية على حركتها. هذه القوة ، كما يعرف أي شخص على دراية بالطائرات ، تتصدى لقوة الجاذبية ، وقد استخدمها مكوك الفضاء لهذا الغرض.

في عام 2012 ، كان هناك ما يقرب من 3000 جسم تزن 500 كيلوغرام (1100 رطل) في مدار حول الأرض ، وسيعود الجميع في النهاية إلى الغلاف الجوي. نظرًا لأنها غير مصممة لإعادة الدخول ، فإنها تتكسر على ارتفاع 70 إلى 80 كيلومترًا (45 إلى 50 ميلًا) ، وتحترق جميع القطع باستثناء 10 في المائة إلى 40 في المائة. القطع التي تصل إلى الأرض عادة ما تكون مصنوعة من معادن ذات نقاط انصهار عالية ، مثل التيتانيوم و الفولاذ المقاوم للصدأ. يؤثر تغير الطقس والظروف الشمسية على مقاومة الغلاف الجوي ، مما يجعل من المستحيل التنبؤ على وجه اليقين بمكان هبوطها.