Продолжаем отвечать на вопросы, поступающие от наших читателей.
Добрый день. Недавно я прочитал о рекордном сверхвысоком парашютном прыжке Феликса Баумгартнера, который совершил прыжок с парашютом с высоты 39 километров и успешно приземлился. Это вызвало у меня вопрос: почему тогда спутники, сходящие с орбиты, и метеориты сгорают в атмосфере, учитывая, что на большей высоте воздух еще более разрежен, и сопротивление должно быть меньше? Мне также известно, что немецкие ракеты Фау-2, которые достигали границы космоса, при падении на Землю не сгорали. Возникает путаница в этом вопросе.
Ваш вопрос действительно интересен, давайте попробуем разобраться вместе.
Верно, немецкие ракеты V2 действительно достигали границы космоса ещё в 1940-х годах. При вертикальном запуске ракета V2 развивала скорость около 9000 км/ч, после чего заканчивался топливо, и она замедлялась, а затем вертикально падала на землю. В этом случае V2 не горела при падении, за исключением ситуаций, если бы попала на склад с горючим.
Когда объект падает с большой высоты, например, с высоты 100 километров, его скорость не достаточно высока для того, чтобы вызвать сгорание от трения о атмосферу. Это верно при условии, что начальная скорость объекта относительно Земли была нулевой.
С прыжком Феликса Баумгартнера ситуация аналогичная падению ракеты V2. Он просто поднялся вертикально над поверхностью Земли и совершил прыжок. В момент начала прыжка его скорость относительно Земли была равна нулю.
Таким образом, во время падения Феликс развил максимальную скорость 1357.6 км/ч. Для сравнения, пассажирские самолеты летают со скоростью около 900 км/ч, а сверхзвуковые самолеты, такие как Конкорд и Ту-144, могут летать в два раза быстрее, чем Феликс падал.
Почему же спутники и метеориты сгорают?
Космические аппараты, находящиеся на орбите, двигаются намного быстрее, чем Феликс, разгоняясь до орбитальной скорости, которая составляет около 27500 км/ч для Международной космической станции (МКС).
Что касается метеоритов, их скорость при входе в атмосферу может быть разной – это зависит от векторной суммы скоростей Земли и самого метеорита в момент вхождения в атмосферу. Для большинства метеоритов эта скорость значительно превышает орбитальные скорости космических аппаратов.
При входе в плотные слои атмосферы на высокой скорости как метеориты, так и космические корабли, а также спутники, сталкиваются с огромным сопротивлением воздуха. Эта огромная кинетическая энергия превращается в тепловую, что и вызывает сгорание в атмосфере.
Если бы космический аппарат мог за несколько минут снизить свою скорость на 90%, он мог бы успешно сесть на Землю без горения в атмосфере. В этом случае не требовались бы тепловые щиты или абляционные покрытия, которые защищают возвращаемые аппараты от высоких температур.
Однако для замедления с орбитальных скоростей до тех, при которых можно безопасно войти в атмосферу, требуется значительное количество топлива. Хотя это количество меньше, чем требуется для вывода корабля на орбиту, оно всё равно огромно. Для горения топлива необходим окислитель, который также имеет массу.
Все эти компоненты нужно отправить на орбиту вместе с кораблем. В итоге создание космического аппарата, способного тормозить на орбите, будет стоить огромных сумм денег. Однако в таком проекте практического смысла не так много.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
