宇宙船の帰還時の大気圏突入について
- 宇宙船やシャトルが大気圏に突入する際、空気の摩擦によって船体が高温になるため、最も危険な瞬間とされています。
- 宇宙船は高速で大気圏との壁にぶつかり、その角度も計算されたものです。そのため、ゆっくり入ることは困難であり、燃え尽きる速度ではないという理由から高速で突入します。
- なぜ宇宙船が燃え尽きずに帰還できるのかについては、減速することが困難であるため、速度を保ったまま突入することで大気圏内に進むことができます。このような仕組みによって宇宙船は無事に地球に帰還することができます。
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宇宙にから帰還する時。宇宙船やシャトルが大気圏に突入しますが、空気の摩
宇宙にから帰還する時。宇宙船やシャトルが大気圏に突入しますが、空気の摩擦で船体が大変な温度になりミッション中最大の危険だとも聞きます。幾つかの事故もあったようです。信じられない程の速度で計算された角度で大気圏と言う空気の壁にぶつかるのですから、その過酷さは理解出来ます。ではなぜ…たとえば時速数百キロとか、つまり燃え尽きたりしない程の速度ではダメなんですか？ 大気の壁に跳ね返される…その感覚は理解できますが、なら、ゆっくり入って行けばいいのに、と思います。それとも宇宙空間では減速する事が困難なのでしょうか？ スペースシャトルが何故燃え尽きなければならなかったのか。そ～と大気圏に入れそうなのに…よくわかりません。その辺りを教えて下さい。
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何故、大気に入る前に減速しないのかと言えば、ロケットに積めるペイロード(荷物)の量が、ロケット総重量と比べて少ないからです。 真空中の宇宙空間で減速するためにはロケットを使うしかありません。（ソーラーセイル等は減速するのに時間が掛かりすぎるため、大気圏再突入する前に充分減速する事は出来ません） 例えば、7.9km/sで進んでいる宇宙船の速度を、ロケットの逆噴射だけで0km/sまで減速させる場合を考えてみます。 速度の差は7.9km/sですから、静止した宇宙船を7.9km/sまで加速するのと同程度のロケットが必要になります。 これは宇宙船を大気圏外で減速させるには、打ち上げるのに使ったロケットに匹敵するロケットが、推進剤が満タンの状態で衛星軌道上に存在しなければならない事を意味します。 全体の重さに比べてペイロードを積める割合が大きいとされる、JAXAのＨIIＡロケットでさえ全備質量250tもありますが、高度250kmの低軌道に10tの衛星を打ち上げられるだけです。 10tの人工衛星を大気圏外で減速させるために、250tのロケットをそのまま荷物として打ち上げるには、単純計算でＨIIＡロケットの25倍の6250tものロケットが必要です。 月に人間を送ったサターンV型ロケットでさえ、重量3039tで、低軌道に118tのペイロードを打ち上げられるだけですから、直接打ち上げるのは無理のようです。 では分解したロケットを、軌道上で組み立てるのはどうでしょうか。 ＨIIＡロケット25機分以上の部品と推進剤に加えて、軌道上で組立作業を行う作業員と、作業員の必要とする食料と水、酸素、炭酸ガス除去材、及び工具や作業用電源、そしてなにより作業員の帰還用宇宙船等も合わせて打ち上げなくてはなりません。 このように、大気圏外で減速しきる事は、話にならないほど非効率的で、技術的にも困難なため、宇宙からの帰還時は、ロケットによる減速は大気の上層部まで降下可能になる程度で留め、残りの減速は空気抵抗を利用しているのです。
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- vsl2000
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＞それとも宇宙空間では減速する事が困難なのでしょうか？ はい、そのとおりです。 宇宙空間で掛けられるブレーキは逆噴射だけです。つまり燃料が必要なのですが、そんな燃料を積んでおくだけのゆとりが無いのです。 スペースシャトルが地上を離れるときには大量の燃料を使いますよね？ あれと同じように燃料が使えれば、逆向きにゆっくりと地上に降り立つことができるでしょう。
お礼
ありがとうございました。解りました！
- 砲術長（@houjutucho）
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飽く迄も小生個人の、見解ですが 重力加速度が、あるので その為に、高速度になってしまうのだと思います。 また確かに宇宙塵等は、超低速度で地球にやって来ますが コレは、宇宙塵の質量(サイズ)が極めて小さいので (大きさが約１mm未満の宇宙空間から、地球に落下する固体物質。なお約１mm以上のものは隕石) 重力加速度の影響を、受けない為だと思います。 またスペースシャトルの大気圏再突入時の速度は、音速の２０倍以上 機体表面温度は、１５００℃を超えるそうです。 今回の参照ＵＲＬ うちゅうじんの研究 http://www.geocities.co.jp/CollegeLife-Labo/1501/work1.html 宇宙空間から、例えば平べったい小皿を地球に向って投げたら、どうなるのでしょうか？ http://okwave.jp/qa/q6101247.html 大気圏再突入 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7%E6%B0%97%E5%9C%8F%E5%86%8D%E7%AA%81%E5%85%A5 コロンビア号空中分解事故 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%AD%E3%83%B3%E3%83%93%E3%82%A2%E5%8F%B7%E7%A9%BA%E4%B8%AD%E5%88%86%E8%A7%A3%E4%BA%8B%E6%95%85
お礼
ありがとうございました。
燃料が足りないのでしょう。 地球を周回するためには秒速約8ｋｍで飛行する必要があります。時速にすると約28800ｋｍですね。まずこれを時速数百キロまで減速するために大量の燃料が必要だということ。 また、宇宙空間では当然パラシュートが使えませんから、パラシュートが開ける濃度の空気がある高度までエンジンで下支えしてやらなければいけません。（時速数百ｋｍまで減速した時点で自由落下を始めます）その分の燃料も積まなければならないですね。 結局、そんな大量の燃料と酸素を積むスペースが宇宙船に確保できないということだと思います。
お礼
なるほど。なるほどよくわかりました。ありがとうございます。
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す・凄い詳しい！ よくわかりました。ありがとうございました。