waarom zo warm bij het terug keren in de dampkring?

Zondag 22-10 is op NGC (National Geographic Channel) een documentaire over het verongelukken van de Shuttle Columbia in de serie Seconds from disaster. Het begint om 10.00 uur en wordt om 1.00 uur herhaald. Hier gaat men uitgebreid in op de oorzaken die tot deze ramp hebben geleid.

Groetjes Hans.

 

Leuk draadje, en zoals eerder gezegd misschien was het beter geweest om het in het modelraketten deel te plaatsen :lol:

Even een paar dingetjes rechtzetten:

De boosters (die 2 "mega vuurpijlen") zijn GEEN 2-traps raketten, maar gewoon 1 traps Boosters.

De tank voorziet alleen de motoren van de Shuttle zelf van Brandstof. De 2 raketten aan de zijkant bevatten een vaste brandstof

Het grote voordeel van de vaste brandstof zit vnl. in kracht en (relatief) lagere kosten. Het grote (en gevaarlijke) nadeel is: 1x aangestoken kunnen ze niet meer uit, ook niet als er iets misgaat in de baan van de shuttle. Dit in tegenstelling tot de 3 motoren op de Shuttle zelf, welke gevoed worden uit de Tank --> kraantje dicht = motor uit.

 

Aha, ik dacht soms al hoe kan dat nou dat de shuttle zijn motoren aan en uit kan zetten, want dat kan bij een vuurpijl toch niet LOL
Ik heb bij IL-2 Sturmovik Forgotten Battles een Russische kist, naam weet ik effe niet, met een enkele raket die je ook aan/uit kan zetten.
De ME-163 is ook een kist met vloeibare brandstof toch? Was geloof ik wel levensgevaarlijk, al die vaten explosief materiaal achter je, als je geraakt werd werd je een levende vuurpijl...

Maar hoe slaat de Shuttle zich door het transsoon vliegen? Hij heeft een beetje een lompe vorm, dus gaat ie dan niet hevig schudden enz? En hoe compenseert hij het drukpunt? Het is een delta dus hebben de roeren dan wel genoeg effect? Bij de X-1 moesten ze volledig beweegbare elevators toepassen om het drukpunt te compenseren.

 

Hij stuurt met zijn motoren en vloeistof raketjes in de neus. Binnen de dampkring wordt onder de snelheid van het geluid gevlogen en pas buiten de dampkring gaat het voluit. Zou men dat niet doen, dan vliegt de boel uit elkaar door de schokgolven.

Groetjes Hans.

 

De ME-163.
Motor: Walter HWK 509A-2 Bi-Propellant Rocket
Stuwkracht: 3,750lb (1700kg)
Fueltype:
T-Stoff (Hydrogen Peroxide)
C-Stoff (Hydrazine/Methanol)

 

stukje ruimtevaart kennis:

11.2 km/s is idd 40320km/h.
dit in ongeveer de snelheid die een capsule heeft bij een direct reëntry path vanaf de maan (Apollo/CEV, enz.)

Een spaceshuttle in LEO (low earth orbit) heeft bijvoorbeeld een snelheid van 7,41km/s op 360km hoogte.

ietsje hogere snelheid als je wat lager zit, ietsje lagere snelheid als je wat hoger zit.

op een hoogte van 35786 km boven de evenaar zit je op geo stationaire hoogte. hier is een orbit omwenteling evenveel als 1 omwenteling van de aarde. (je hangt stil op een punt t.o.v. het aardoppervlak, handig voor tv en gps satelieten en envi-stat's)

Deze gegevens zijn allemaal waar zolang de orbit nagenoeg circelvormig is om het middelpunt van de aarde. wat ook inhoud dat de hoogte constant is.
(er zal nooit sprake zijn van reëntry)

Tijdens de lancering ga je snelheid opbouwen, dus wil je zo min mogelijk wrijving.

de shuttle wordt eerst recht omhoog gelanceerd om zo stabiel mogelijk de lanceertoren te verlaten. na het sturen in de goede richting wordt een hoek van 90'. steeds verkleind tot bij een hoogte van 20km ongeveer 40' is gehaald tot deze fase wordt gestuurd met de SRB-raketmotor gymbal . daarna zal de hoek steeds ingesteld worden om de juiste hoogte te halen dit wordt gestuurd met de gymbal van de SSME's (spaceshuttle main engines). ideaal is om in 1 vloeiende beweging met de zelfde hoek als de vliegrichting de gewenste orbit te halen. maar door diverse invloeden zal er altijd gecorrigeerd moeten worden.

op een hoogte van 100km is de shuttle in de ruimte, maar zal nog een snelheid nodig hebben van 7.404 km/s nodig om in orbit te komen.

op deze hoogte en met deze snelheid wordt meco uitgevoerd (main engine cut off) (soms hoger, tot 150km) en de brandstoftank afgeworpen. door dat op 100-150km de atmosfeer nogsteeds merkbaar is zal door de weerstand binnen enkele omwentelingen de tank terugvallen naar de aarde (aerobraking). de shuttle zal op eigen kracht meer hoogte maken om zo minder weerstand te hebben. hier wordt gestuurd met de gymbal van de OMS (orbital manuvering system) motoren (tijdens een burn) en de RCS (reentry cortrol systems (naam uit de mercury-era)motoren in vrije orbit.

het is niet duidelijk op welke hoogte er nog merkbare atmosfeer is, omdat dit zo weinig is en niet overal evenveel dat het slecht te meten is. zo moet bijvoorbeeld een ruimtestation elke paar jaar opnieuw op hoogte geduwd worden doordat hij hoogte verliest door weerstand.

zodra je terug wilt naar aarde geef je 'retro-orbitaal' stuwkracht (retrofire) om af te remmen. je huidige hoogte zal het hoogste punt zijn van de orbit (apoapsis (ApR)) en precies aan de andere kant van de orbit is je laagste punt (periapsis (PeR)) die lager wordt tijdens de ontbranding.
de orbit is nu ecliptisch van vorm.

Zodra je PeR de atmosfeer raakt zal je op dat punt aerobraking hebben (afremmen door wrijving). om in 1 orbit genoeg af te remmen om de dampkring te betreden (reëntry) moet de PeR (verschilt per object) voor de spaceshuttle tussen de 80 en 70 km boven het aardoppervlak zijn. strikt gezien moet je rekenen vanaf het middelpunt van de aarde maargoed...

voor terugkeer in de atmos moet dus die 7km/s aan snelheid (= potentiele energy) verloren worden. dat kan met raketmotoren, maar dat kost brandstof. dit is wel de veilgste manier.
de goedkoopste (en momenteel enigst haalbare) manier is weer aerobraking. met een hitteschild wordt snelheid d.m.v. weerstand omgezet in warmte.
door het heel langzaam opbranden van het hitteschild (apollo) en/of het raakvlak met de vrije luchtstroom raakt de capsule zijn energie kwijt. je kan je voorstellen dat hoe sneller dat gaat hoe heter het hitteschild is.

een spaceshuttle vanaf LEO kan met een heel flauwe hoek de atmosfeer betreden en daar genoeg lift opbouwen om met maar een paar duizend graden celcius wrijvingswarmte de atmosfeer te betreden.

een capsule als de sojuz, apollo of CEV e.a. heeft een veel kleiner hitteschild en zal veel minder weerstand hebben. zo wordt ondanks de weinige lift toch de warmte binnen perken gehouden. ook kan door het kleinere oppervlak het hitteschild voor het zelfde gewicht veel dikker zijn en dus bestendig voor veel hogere temperaturen, bijvoorbeeld voor reëntry vanaf Geo, de maan, of ... escapevelocity (mars en verder) (de orbit is nu hyperbolisch en zal geen ApR hebben..

(nu hoop ik dat Wubbo Ockels of een André Kuijpers dit verhaal komt bekritiseren, want op dit gebied ben je nooit uitgeleerd!!! )

mvg
Ric.