חדירה לאטמוספירה
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
| יש לשכתב ערך זה ייתכנו לכך מספר סיבות: ייתכן שהמידע המצוי בדף זה מכיל טעויות, או שהניסוח וצורת הכתיבה שלו אינם מתאימים לוויקיפדיה. אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות בדף זה, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה שלו. |
חדירה לאטמוספירה היא המעבר של רכב חלל כלשהו מהואקום של החלל לאטמוספירת כוכב לכת או גרם שמימי כלשהו. המושג לא תופס לנחיתות על גופים ללא אטמוספירה כמו הירח.
המושג נלקח מהלשון האנגלית שם הביטוי הוא Atmospheric reentry או בקיצור reentry או re-entry.
משום שההבדל העיקרי בין טיסה מסלולית וטיסה תת-מסלולית הוא המהירות הגבוהה של הטיסה המסלולית, חדירה אטמוספרית מטיסה מסלולית מהווה אתגר טכני גדול יותר. מאמר זה יתמקד בחדירה אטמוספרית של טיסה מסלולית, למרות ששיקולים דומים מתקיימים גם בחדירה מטיסה תת-מסלולית אך ברמה נמוכה יותר. יש לשים לב גם כי הכתוב להלן מתייחס לטיסות שבהן כלי הרכב חייב לחזור תקין ושלם לכדור-הארץ. אם הכלי הוא, לדוגמה, לווין שסיים את חייו אז אין לדאוג להאטה או לחדירה לא הרסנית לאטמוספירה.
תוכן עניינים |
[עריכה] האטה ובלימה
האתגר העיקרי בחדירה הוא האטה ממהירות מסלולית גבוהה. כדי שהחללית תימנע מ"נחיתה מטאורית", היא חייבת להאט.
שיטה פשוטה לעשות זאת היא על ידי חיכוך אטמוספרי או גרר. הדבר נקרא בלימה אווירית (Aerobraking). הבעיה היא שחיכוך אטמוספרי יכול ליצור כמות עצומה של חום מהר מאוד. הרבה אסטרואידים קטנים נשרפים על ידי חיכוך שכזה ולעולם אינם מגיעים לפני כדור-הארץ.
ניתן לומר כי עבור חללית במסלול נדרש מעבר מהיר ככל האפשר דרך האטמוספירה שיקטין את "זמן החשיפה" של החללית לחיכוך. אך מהירות גבוהה מדי תביא לחיכוך גדול יותר, והגעה לשכבות עבות ודחוסות יותר של האטמוספירה במהירויות גבוהות יותר, מה שיביא לחיכוך גדול עוד יותר ולטמפרטורה גבוהה בהרבה (ושוב חזרנו ל"נחיתה המטאורית" שרצינו למנוע לראשונה).
האנרגיה הקינטית של החללית חייבת להיעלם. היא יכולה להיעלם על ידי ההמרה לחום. המרה מהירה לחום משמעותה טמפרטורות גבוהות יותר. אך טמפרטורה גבוהה אינה רצויה ולכן נדרש מעבר איטי ככל האפשר דרך האטמוספירה.
[עריכה] המפתח לחדירה מוצלחת
אתגר המפתח בחדירה אטמוספרית הוא לבלום ככל האפשר כאשר נמצאים עדיין בשכבות גבוהות של האטמוספירה ולהימנע מליפול למטה מהר מדי.
כמובן שבלימה אקטיבית מינימלית נדרשת כדי לחדור לאטמוספירה מלכתחילה. עד אז גרר אטמוספרי לא קיים. בתאוריה, את כל ההאטה ניתן לייצר על-ידי ירי של המנוע הרקטי של החללית בכיוון ההפוך לנפילה. דבר זה ידרוש כמות עצומה של דלק. דלק זה צריך להילקח לחלל מלכתחילה ולכן יגדיל בצורה משמעותית את החללית אלא אם היא תתודלק במסלול.
כך יוצא שהדרך האפשרית והיחידה שקיימת להאטה ממהירות מסלולית היא על-ידי בלימה אווירית.
[עריכה] הסתמכות על מגיני חום
בשנות השישים, עם תחילת משימות מרקורי, ג'מיני ואפולו, מדעני נאס"א היו מודעים לבעיית החדירה לאטמוספירה וחיפשו דרך להגן על תא הנחיתה של החללית מפני הישרפות בכניסה לאטמוספירה. ג'וליאן אלן פיתח לראשונה את תיאורית הגופים הקהים שהביאה להצלחה של תכנוני מגיני החום של חלליות אלו ואיפשרו לאסטרונאוטים לשרוד את החדירה האלימה לאטמוספירת כדור-הארץ. הם מצאו את הפתרון בדמות אריחים קרמיים העמידים בטמפ' גבוהה דיה אך ניתנים לשימוש פעם אחת בלבד. לאחר סוף תוכנית אפולו, העלו מדעני נאס"א את רעיון מעבורת החלל. רכב זה מיועד לשימוש חוזר, לכן גם מגיני החום שלו ניתנים לשימוש חוזר. אריחי החום במעבורת החלל מורכבים מצורן ופחמן, עמידים בטמפ' גבוהות, מ-1300 עד 3000 מעלות צלזיוס (בחלקים שונים של המעבורת).
בלימה אווירית בשיטה זו מבוצעת על-ידי הטייה של החללית החוזרת בהכוון של גרר גבוה כדי להמיר את האנרגיה הקינטית הגבוהה של החללית לאנרגיה תרמית (חום) על-ידי חיכוך אטמוספרי. גוף קהה כזה יוצר גל הדף בחזית החללית שבעצם מגן על החללית מהחום הרב. כתוצאה מכך, גופים קהים יכולים להישאר קרים יותר מאשר כלים בעלי גרר קטן יותר. המרת החום הבלתי-נמנעת הזו של אנרגיה קינטית לחום יוצרת טמפרטורות גבוהות מאוד, ולכן מגן החום צריך להיות עמיד בטמפרטורות גבוהות ואמין מאוד.
ההתבססות על מגן החום (וההכוון בעל צורת הגרר הגבוה) הופכת את זמן החדירה לקריטי ביותר. שגיאות כלשהן בזמן הטיסה הזו קשות מאוד לתיקון ויהיו להן השפעות חמורות על הצלחת המשימה. מוות או כישלון של משימה כבר קרו במהלך חדירה לאטמוספירה (ראה אסון הקולומביה). למרות כל זאת, השימוש של מגיני חום חזקים הוכיח את עצמו עד כה כגישה הפרקטית ביותר וכל החלליות החוזרות צוידו במגינים כאלו.
[עריכה] חזרה מכונפת
לאחרונה יצא המתכנן האווירונאוטי ברט רוטאן עם תכנון של כלי חללי בעל יכולת לשנות את התצורה שלו לתצורה בעלת גרר גבוה כדי להאיט את עצמו בחדירה לאטמוספירה ולחזור חזרה לתצורת מטוס כאשר הכלי מגיע למהירויות נמוכות מספיק. אם כי, רוב המהנדסים, כולל הוא עצמו, לא חושבים ששיטה זו תאפשר חדירה לאטמוספירה במהירות הגבוהה בה חודרת חללית ממסלול. רוטאן השתמש בשיטה זו כדי להאט את מהירותה של SpaceShipOne, החללית הנסיונית שלו ששוגרה לגובה 100 ק"מ וחזרה לנקודת המוצא שלה.
[עריכה] תהליך הכניסה
חדירה לאטמוספירה היא פעולה המבוצעת ברגע שעצם שמימי כלשהוא פוגע באטמוספירה של כדה"א בזווית ובמהירות הנכונה. על הגוף להיכנס לאטמוספירה בזווית של כ-45 מעלות. במעלה גבוהה מדי העצם פשוט יקפץ מעל האטמוספירה,במעלה נמוכה מדי הוא ישרף כליל.
עצם שמימי כדוגמת אסטרואיד המתנגש בכדה"א, עובר במהירות עצומה דרך האטמוספירה, שם מתרחש חיכוך המחמם את העצם השמימי לטמפרטורות גבוהות מאוד,לעיתים עד 3000 מעלות צלזיוס. טמפרטורה זו גורמת לעצם השמימי להתלהט עד שהוא זורח, וכאשר תופעה זו נראית אצל אסטרואידים, הם מכונים כוכבים נופלים.
[עריכה] חדירה לא מכוונת
יותר ממאה טונות של עצמים ידי-אדם חודרים לאטמוספירה בכל שנה. הרוב המוחץ נשרף לפני שהוא מגיע לקרקע. בממוצע, בכל יום עצם ידוע חודר לאטמוספירה. בערך רבע מכל העצמים הם של ארצות הברית.
[עריכה] מידע נוסף
המהירות הגבוהה ביותר בחדירה לאטמוספירה נוצרה על-ידי גשושית גלילאו בצדק שהגיעה למהירות של 170,700 ק"מ בשעה ולטמפרטורה של 14,000 °C.
כשלונות בחדירה לאטמוספירה קרו במשימות הבאות:
- ווסטוק 1 - מודול השירות לא התנתק כראוי למשך 10 דקות אבל הטייס ניצל.
- סויוז 5 - מודול השירות לא התנתק כראוי אבל הטייס ניצל.
- סויוז 11 - הצוות נהרג בשל איבוד הדחיסות בתא.
- אסון הקולומביה - כישלון בחלק קטן במגן החום הצידי בכנף שמאל בשל חור בגודל כדורסל.
[עריכה] ראו גם
- כלי חדירה לאטמוספירה
- בלימה אטמוספרית

