大気圏突入時のパラシュートについて

質問

お世話になります。初めて質問します。
　　宇宙船が地球に帰還する時、摩擦熱により、
　赤くなり、地表に近くなったら減速の為に
　パラシュートを開くのが、一般的と思います。
　　質問ですが、大気圏突入の当初より、
　パラシュートを開いて、ゆっくりと、降りては
　こられないのでしょうか？
　摩擦熱が発生するぐらいですから、パラシュート
　への抵抗も発生し、減速できると思うのですが。

回答No.3

mazeran · ベストアンサー

私も一度は考えたことがあります。
でもよく考えてみると、大気圏突入当初の宇宙船の速度は、ライフル銃の弾より何倍も速い速度なんです。
大気は薄いとは言え、大気との相対速度は同じなので、「耐熱タイル」並みのパラシュートが必要になってきます。

仮に製作できたとして実際に使用したら、パラシュートを開いた瞬間の衝撃（Ｇ）に、宇宙船が耐えれるか？。宇宙飛行士が耐えれるか？。という問題が出てきます。

そんな「耐熱パラシュート」を作るよりも、地球帰還のためだけに「頑丈な宇宙船」を作るよりも、巨大なＧに耐えれるような「スーパーマン的宇宙飛行士」にするための訓練をするよりも、大気の摩擦で減速するやり方が、最もコストがかからず安全で、しかも構造がシンプルになるため信頼性も向上するのです。

まさに、「Simple is the Best!」の考え方です。

回答No.9

jupitan

失礼します。

以前に、ほかの質問サイトで同様の問答がありましたので、以下ご参考になれば・・・（但し、まる写しではありません。一部当方の判断で編集してありますのでご了承ください）

質問「衛星が大気圏再突入する際、パラシュートを使えば高熱にさらされないで済むのでは。そうすれば耐熱タイルも不要になるはず…。」

回答「空力加熱は大気の断熱圧縮によって起こるので、大気圏外で完全に減速して突入しない限り、防ぐ事は困難です。
パラシュートでその様な減速を行なう事は出来ません。（大気圏外ですからね）
ただ現在の大気圏突入よりもはるかに低動圧環境で大気を使った減速を行ない、空力加熱の影響を低減する、「バリュート」の様な解は有り得ます。」

お礼

みなさん、ありがとうございました。
　頂いた回答により、枝分かれ的に検索も出来て、楽しい勉強となりました。
　宇宙活動で、大気圏（再）突入は、一番のリスクと思い、何とか出来ないものかな、と思っていました。
　しかし、回避することが難しいようなので、大気が存在する火星へ人間が降り立つこと、宇宙旅行が一般化することの難しさを感じました。
　最後に、ケーブルテレビで、「フロム・ジ・アース人類、月に立つ」が放映されるので、皆さんから頂いた知識と共に、楽しみたいと思います。

回答No.8

fba

#5です。

　静止衛星の件について補足です。静止衛星は赤道上空に限って成り立ちます。地球を約24時間（自転速度と同じ）で1周するだけであれば南北方向に周ってもいい訳ですが、これでは静止しません。ありがちな勘違いですが（人工）衛星の軌道は全て地球の重心を中心にしていて、地軸を中心にして周る訳ではありません。地軸を中心に周るのであれば東京上空の静止衛星も出来るんですが。

　本題のゆっくり突入の件ですが、減速度を小さくしたいのであれば大気圏に浅い角度で入れば良いということになるのですが、浅すぎると大気に弾かれてしまいます。角度が深いと減速度が大きくなるか減速しきれなくて地面に激突するか燃え尽きるかという事態になります。アポロの頃だと大気に対する角度が5度～7度くらいの範囲でないと安全に帰還できなかったそうです。幅2度くらい、ということですね。

回答No.7

Scull

大体ご理解いただけたようで、ありがとうございます。なかなかこう「スッと理解できる人」というのは少ないので、ずいぶん理解力がある方とお見受けしました。

さて、静止衛星（停止衛星というのは誤りです）については、単純に「地球の周回を24時間で行う衛星の軌道」とご理解ください。

たとえば先の「低高度衛星軌道」では、軌道高度数百キロ、周回時間90分です。静止衛星軌道では軌道高度が3万6千キロ、周回時間が24時間というわけです。24時間で周回しますので、たとえば日本上空にあった場合には「常に日本の上空にあるように見える」わけですね。
空の一点に「静止しているように見える」ので静止衛星軌道といいます。実際にどこかに停止しているわけではありません。

回答No.6

Scull

まず第一に「ゆっくり大気上層に進入（既に突入という言葉がふさわしくない）」してくる必要があるでしょう。他の方も答えておられるとおり、低高度衛星軌道は「地球を90分で一周できるほど」の軌道速度です。
その速度から、パラシュートが耐えられるほどの低速までに「どうやって減速しましょうか」？減速なしで突入すれば、パラシュートは「ほぼ一瞬だけ」で燃え尽きてしまうでしょう。

発射に使用したような巨大なロケットモーターを使いましょうか？とすると、それだけのモーターを宇宙船と一緒に打ち上げなければいけませんね。燃料も込みで。

大気圏突入の衝撃や熱に耐えられるパラシュートさえ有れば、とても良いアイディアだと思いますよ。薄い火星の大気でさえ、使えないアイディアではありますが。

お礼

ありがとうございました。
なるほど、私の下記「重力による加速＆加速・・」ではなく、
「低高度衛星軌道」を保つために、既に超音速に
あるんですね。
　「飛ぶ」意味がわかりました。
・・停止衛星は、巨大なロケットで、減速しているのですか？

補足

ありがとうございました。
なるほど、私の下記「重力による加速＆加速・・」ではなく、
「低高度衛星軌道」を保つために、既に超音速に
あるんですね。
　「飛ぶ」意味がわかりました。

回答No.5

fba

大気圏突入当初からパラシュートを開くという事は、ご想像とは逆に急ブレーキをかける事に相当します。

　ゆっくり＝かかる減速度を小さく、という理解で間違いなければ、できるだけブレーキをかけないで済ます方法が正解になります。ただし、宇宙船の大気圏突入の場合は事実上運動エネルギーを熱にして捨てるしかないので（逆噴射等出来るくらいなら苦労はありません）、熱の持って行き所は船体表面から周囲の大気しかないのですが。

　ちなみに、大気圏突入時に発生する熱は摩擦によるものより大気を圧縮することによって発生する空力加熱が主になるそうです。

お礼

みなさん、ご回答ありがとうございした。
　fbaさんの欄にて、お礼をさせて頂きます。

　自分でも、少々調べ、まとめると、
(1)大気圏外より、重力により加速＆加速・・この時、マッハ20（340 m/ｓ×20＝6800m/ｓ）の速さ。
　真空なので、パラシュートによる減速は不可能。
(2)大気圏に突入。
　既に超音速。パラシュートは、その素材・大きさや、急減速に耐え得る宇宙船の開発・人体の耐久性向上（無理）よりも、
機体の耐熱性を高める方が安上がりで現実的。
(3)大気圏に突入中。
　大気による摩擦、圧縮による空力加熱、大気圏の熱圏通過により、機体温度は、1500度以上。
　南無…。
(4)減速
　段々と大気中の空気が多くなる。空気抵抗により、機体は減速して行く。
(5)大団円
　パラシュートを開いて十分に抵抗を得られる空気の密度。減速しても、人体にも安全な速度。

　・・・イメージとして、よろしいでしょうか？

回答No.4

sekisei

上層大気は希薄なため空気抵抗が小さいからよほど大きなパラシュートでないと有効な減速効果を得られないのではないのでしょうか。

それにあまりに上空で開いても宇宙船は操舵できるようにはなっていないため気流に流されどこに落ちるか判らなくなってしまうでしょう。

それよりは摩擦熱で真っ赤になりつつ、その宇宙船が受ける空気抵抗で減速してある程度落下範囲を狭めてからパラシュートを開く方が効率がいいのでしょう。

回答No.2

neKo_deux

高速道路で走行中のバイクで、ブレーキを使わずに足で止められないか？みたいな感じ。

大気圏の突入前は、秒速何キロとかの速度で飛んでます。
（飛んでないと、落っこちるから。）
パラシュートを開いた瞬間にパラシュートが燃え尽きるか、引きちぎられるか、宇宙船もバランスを崩して落っこちるか…とかって事になりそう。

回答No.1

aero2000

理論的には可能ですが、する意味がない（デメリットの方がはるかに大きい）ので地表に近くなってから開くのだと思います。

大気圏突入時に発生する熱に耐えられるパラシュートを作ることはきわめて難しいと思われますし（今のところ存在しないのではないでしょうか）現在使用されているものより重量増となることが想像できます。

もう一点、早めに減速してしまうと（パラシュートを開くと）風の影響を受けやすくなることから、目標落下地点からずれてしまいやすいという懸念があるのではないでしょうか。

ちなみに、パラシュートをどの高度で開いても落下速度は一定です。ある一定の速度を保ち続けます。