Союз.
Форма - "фара". Максимальное качество - 0,3. Максимальный угол наклона - 22 градуса. Положение устойчивого равновесия - ОДНО.
Разберем все эти особенности.
"Фара".
Первое и самое главное - объем. "Фара" в сравнении с конусом или усеченным конусом дает бОльший объем. Но меньшее качество - у Аполлона оно в максимуме 0,45.
На этом обычно сравнение и заканчивают. И пропускают самое главное:
Положение устойчивого равновесия - ОДНО!
То есть, повернутся "макушкой" вперед по потоку Союз не может - только днищем. И "завесить" космонавтов на привязных ремнях при больших перегрузках, и тем самым поломать и убить их не может. Есть масса других опасностей, но эту устранили принципиально. В этом Союз выглядит хорошим преемником Восходов и Востока - наша космонавтика в большинстве решений стремилась к максимальной надежности, а эта надежность - за счет самой физики процессов. Потому Союз (космический корабль) - "рабочая лошадка", летает до сих пор. Можно посмотреть на такой современный аппарат:
Одно или два положения устойчивого равновесия - не знаю, но форма что то среднее между Союзом и Аполлоном. На мой субъективный взгляд - ближе к Союзу.
Аполлон - полная противоположность Союзу. Положение устойчивого равновесия днищем вперед у него было достигнуто путем значительного смещений ЦТ к днищу. Но второе положение устойчивого равновесия, тем не менее, осталось. И по свое природе, это положение - вершиной вперед более предпочтительно. Можно посмотреть на ранее приведенное фото метеорита:
Боеголовки:
И даже тормозные щиты/экраны марсианских аппаратов
Максимальное качество Союза - 0,3.
В аэродинамике все взаимосвязано. БОльшее максимальное качество позволяет сильнее "выположивать" траекторию спуска, снижая перегрузки. Позволяет иметь больший боковой маневр после прохождения зоны основного торможения и перед введением в действие парашютной системы. Это хорошо и это плюс.
Но ничто просто так не дается, и это качество достигается "уплощением" аппарата - то есть он увеличивает диаметр, уменьшая среднюю высоту. Плотность 1 м3 объема космического аппарата не может быть слишком большой, они все находятся в определенном диапазоне. И потому у аппарата с более высоким качеством меньше "поперечная нагрузка". То есть, на 1 м2 тормозной площади приходится меньше массы. И в случае спуска по баллистической траектории торможение будет значительно сильнее, а перегрузки уйдут в далекий запредельный диапазон.
Союз ушел от сферической формы совсем недалеко, при вполне посредственном аэродинамическом качестве. Чего не сделаешь для надежности и безопасности...
Максимальный угол наклона Союза - 22 градуса.
Это для того, что бы получать то самое качество в управляемом спуске. Аппарат наклоняется, используя двигатели ориентации и балансировочный груз.
Если не использовать наклон, то боковая поверхность управляемых аппаратов оказывается в "аэродинамической тени".
Но это не означает, что она не нагревается. Тень очень относительная. Обратите внимание, где находится головной скачек уплотнения и вторичные скачки уплотнения. Для сравнения - сферический аппарат:
Спрятанный за скачек уплотнения, имея более глубокую аэродинамическую тень на тыльной поверхности, тем не менее "ободран" по "самое не хочу" (уж извините за жаргонизм))).
А что же наклон? Он подставляет боковую поверхность под аэродинамическую нагрузку, несколько меньшую, чем на днище, но все же очень значительную.
Хорошо видно, как шли потоки раскаленных плазмы и газов, "облизывая" и обжигая почти всю поверхность, даже на тыльной стороне. А там где хоть немного поверхность затенялась - там активно откладывались продукты испарения/горения смол - температура кипения у них очень высокая.
Что бы сколь нибудь серьезно защитить боковую поверхность в управляемом спуске от механического и термического воздействия за счет геометрии, угол наклона боковой поверхности аппарата должен значительно превосходить угол наклона аппарата при управляемом спуске - смотрим картину обтекания без наклона - и превратиться почти в спортивный метательный диск
Зачем и как отправляют в баллистический спуск?
Управляемый спускаемый аппарат, в случае какой либо нештатной ситуации с системой управления, или по каким либо иным причинам, может получить наклон не только в нужную сторону - "выположивать" траекторию и уменьшать перегрузку, но и наоборот - делать траекторию круче и увеличивать перегрузку, вплоть до несовместимых с жизнью. Тогда аппарат закручивают вокруг продольной оси. В каждый текущий момент аппарат летит за счет качества поочередно вперед, вбок, назад, вбок, вновь вперед - но в усредненном виде это получается баллистическая траектория.