Мои статьи - только для терпеливых, внимательных, и достаточно интеллектуальных читателей. Хотя я и стараюсь писать просто, без излишнего заумствования и формул, но всякое упрощение имеет свой предел. Три предыдущие части
были подготовительными. Чтобы человек без специального образования (но учивший в школе физику) мог понять основной смысл. А теперь про:
Меркурий
В соответствии с официальной версией, которая приведена в Вики было совершено шесть пилотируемых полетов - два суборбитальных и четыре орбитальных.
Процитируем:
Корабль «Меркурий» — одноместный орбитальный пилотируемый корабль, выполненный по схеме капсулы. Материал кабины — титаново-никелевый сплав. Объём кабины — 1,7 м³. Астронавт располагается в ложементе и находится в скафандре всё время полёта. Атмосфера кабины — чистый кислород при давлении 1/3 нормальной атмосферы. Кабина оснащена средствами отображения информации на приборной доске и органами управления. Всего в кабине установлено 120 переключателей: 55 электрических переключателей, 30 предохранителей и 35 механических переключателей. Ручка управления ориентацией корабля находится у правой руки пилота. Визуальный обзор обеспечивается иллюминатором на входном люке кабины и обзорным широкоугольным перископом с изменяемой кратностью увеличения. На оптике перископа нанесены метки для визуальной ориентации корабля относительно Земли.
Обратим внимание на титано-никелевый сплав - с высокой коррозионной стойкостью и упругостью. Кислородная атмосфера. Иллюминатор - только во втором полете. Но нам в этой части статьи интереснее второй абзац:
Корабль не предназначен для манёвра с изменением параметров орбиты; оснащён системой реактивного управления для разворота по трём осям (18 двигателей ориентации, работающих на перекиси водорода) и тормозной двигательной установкой (в её состав входят три твердотопливных двигателя, срабатывающие последовательно). Управление ориентацией корабля на орбите — автоматическое (один режим) и ручное (три режима). После выдачи тормозного импульса тормозная двигательная установка, закреплённая на трёх металлических лентах, сбрасывается. Вход в атмосферу осуществляется по баллистической траектории с пиковыми перегрузками до 8 g (до 12 g в суборбитальных полётах). Непосредственно после срабатывания тормозных двигателей происходит открытие аэродинамического щитка в верхней части капсулы, обеспечивающего правильную ориентацию кабины на участке атмосферного торможения (днищем по полёту, на случай нештатного входа в атмосферу носовой частью вперед). Тепловые нагрузки воспринимаются абляционной теплозащитой на днище аппарата
Вход в атмосферу по баллистической траектории с пиковыми перегрузками 8g с обриты и 12g в суборбитальном. Не удивляйтесь большей перегрузке в суборбитальном полете - в первой части мы это рассматривали. Чем больше крутизна траектории, при прочих равных условиях - тем выше перегрузка, потому как плотность атмосферы нарастает быстрее.
Меньшая скорость в суборбитальном полете компенсируется крутизной траектории. причем настолько, что перегрузки оказываются выше.
Гораздо интереснее для анализа перегрузка в 8g при спуске по баллистической траектории из орбитального полета. Напомню - Восток-1 перегрузка 8-10g.
Спускаемый аппарат космического корабля Восток сферической формы, диаметр 2,2 м масса около 2,5 т, поперечная нагрузка (масса, отнесенная к площади поперечного сечения 660 кг/м2.
Спускаемый аппарат Меркурия, конус со скругленным днищем, диаметр 1,89 м и масса около 1 т (исходная масса 1355 кг), поперечная нагрузка 360 кг/м2.
Чем меньше поперечная нагрузка, тем интенсивнее аппарат тормозится в атмосфере, в случае баллистического спуска, тем выше перегрузки.
Это справедливо, если бы аппараты были одной формы - сферической. Но они не такие.
На дозвуке коэффициент лобового сопротивления сферы 0,47, конуса острием к потоку 0,5, цилиндра торцем к потоку 0,82. У Меркурия Сх должен быть между 0,5 и 0,82 - в любом случае выше, чем у Востока.
На сверхзвуке все гораздо грустнее. Сопротивление зависит от степени заостренности тела. Минимальное сопротивление - остроконечное тело.
Максимальное - тело с плоским торцем или с большим радиусом.
Посмотрим на приведенные ранее продувки. Сфера:
Ударная волна (или иначе, скачок уплотнения), ее величина и количество воздуха, задействованного в торможении тела зависит от радиуса теплозащитного экрана. Причем, если внимательно просмотреть, то форма - не "чистая" сфера, а несколько деформирована в сторону конуса острием вперед
Теперь Меркурий
Как видим - ударная волна в своей лобовой части имеет радиус бОльший, нежели у сферы соизмеримого диаметра (напомню 1,89 м диаметр Меркурия и 2,2 м у Востока), задействует бОльшую массу воздуха и оказывает бОльшее тормозящее действие.
Потому, по самым скромным оценкам, из за меньшей поперечной нагрузки и бОльшего коэффициента лобового сопротивления на сверхзвуке, перегрузки Меркурия в случае баллистического спуска с орбиты (а по офф версии он только так и спускался) должны быть в полтора - два раза больше, чем у Востока - 15-20g. Действия этих перегрузок достаточно продолжительные и находятся на границе переносимости человеком или за этой границей. Приземляться должны или не очень живые астронавты, или сильно нездоровые.
Пример для сравнения - спускаемый аппарат Союза испытывает в баллистическом спуске перегрузки около 9g. Форма лобовой части (которая встречает поток) похожа на таковую у Меркурия, диаметр как у Востока, а масса около 4 т, что дает поперечную нагрузку почти в два раза больше, чем у Востока.
БОльшее сопротивление компенсируется бОльшей поперечной нагрузкой, перегрузки остаются в том же диапазоне, что и у Востока.
Меркурии в баллистические полеты возможно и летали (но скорее всего не так, как это сказано в офф версии - об этом поговорим далее), а вот пилотируемо в орбитальные полеты - вряд ли...
