大気圏再突入について

質問

前から疑問だったのですが、衛星軌道から大気圏再突入するとき
どうしてあんな高温に曝されなければいけないのでしょうか。
　小中学生レベルの再突入の仕組みは理解しているつもりでですが、
私が小学生ごろに読んだ子供向けSFのシャトルは少し様子が違いま
す、機体はHSSTに毛が生えたほどの耐熱性能で大気圏再突入後地
球を約１周半ほどほど回って降りてくるのです。
　地球を１周する間に成層圏の上の空気の極薄い所で少しずつ衛星
速度から極超音速レベルに速度を下げ、残りの半周ほどは超音速グ
ライダーになって地上に降りると結うことらしいです。
　このため、シャトルは炎に包まれず時々ほんの僅かな火が翼の端
に出る程度になっています。
　先に言ってしまうと再突入の角度が浅いと大気に弾かれると言う辺り
がミソになるようですが衛星速度を失ったものが弾かれたまま「落ちて
こない」と言う事が今一つ納得できませんし何とか成らないかと考えて
しまいます。

回答No.8

中村 拓男（@tknakamuri） · ベストアンサー

>専門家ではありませんし、ご質問全体の回答でもありませんが、、、
>
>「浅すぎる角度」については私も前から似たようなことを思っていました。

軌道制御という意味では、日本の飛天やマーズオデッセイが使っていた技術だそうですね。
エアロブレーキング。まだ始まったばかりの技術らしいです。

SS2のフェザリングも弾道飛行の大気圏突入用ですが、エアロブレーキングの
一種です。

衛星軌道速度からの減速は別次元でしょうけど、ちょっと調べてみる価値は
有りそうですね。

お礼

回答有難うございます、エアロブレーキングに付いてざっと見て回りました。
　太陽電池パネルを翼として使ったりいわゆる衛星然とした機体で降下したりい
ろいろと面白い話でした。
　地球への再突入に向けた研究はまだ行われていない様ですが、何時か研究が進
み地球への再突入にも応用されるといいですね。

回答No.7

noname#195146

>この状態を意図的に維持してじりじりと減速して何とか地上に下ろせないか

　できないんですよ。そう説明した筈です。どんな偉い人が言っても駄目なんです。

回答No.6

noname#195146

衛星軌道から地球に降りるためには、公転方向に対して逆噴射して軌道を下げます。接線方向に逆噴射するわけですね。

　地球に降りる向き、つまり半径方向に噴射しても、角運動量は減らないので、長い楕円軌道になって行くだけで、地球には降りられません。

　公転方向に対して逆噴射して高度を下げていくと、スピードは上がってしまいます。逆噴射なのに速度上昇とは、ちょっと直感に反するようですが、高度が下がれば位置エネルギーを失い、それが速度に加算されるためです。地球に近いほど公転速度が速いこととも対応します。

　真空の宇宙では空気抵抗を利用できないため、そうするしかありません。いわゆる大気圏に接する高度では、マッハ約20になります。この速度は突入角度の問題ではありません。位置エネルギーと速度の関係、あるいは、その高度での公転速度の問題です。

　もっと低速で大気圏突入したいなら、公転方向に対して逆噴射すると同時に、高度を下げないようなロケット噴射が必要になります（ホバリングするような感じ）。そうすれば、公転速度をほぼ0にして地球に落下することができます。一直線で落ちる感じになります。ただ、燃料が膨大に必要になり、現状の技術では採用不可能です。

補足

皆様色々教えて下さって有難う御座います、例のSFの話は喩として使ったもの
で此処では改めて自分の浅薄な知識による妄想に近いものをお話しさせていただき
ます。
　実際にも国際宇宙ステーションは時々高度を失うのでソユーズなどを使って再加
速を行います。此れはあの程度の高度では大気の存在が(その抵抗が)無視できず徐
々に低い軌道に落ちていくからです。ただし全体には僅かな減速なのか大気がまだ
まだ薄いのか熱対策は行われていません。この状態を意図的に維持してじりじりと
減速して何とか地上に下ろせないかと言うのが自分の考えです。
(低軌道の人工衛星は減速・加熱が加速度的に増え最後は落下して燃え尽きる)
　NO6の方が仰るのはとても良く解るのですがすべて空気の抵抗だけで減速できな
いかと言う事になると思います
　自分が考えたものはとりあえず逆噴射して衛星軌道から外れて行き、浅い角度で
大気圏に沈んで行きます、これで大気圏に跳ね返されるならナチスドイツのゼンガ
ーの様に大気の上で跳ねるなどして(あくまでも計画的にこうするだけで速度は一
定程度速度は殺せるはず)何とか大気の中に潜り込んでいきます。そして極薄いな
がらも空気の有る所まで降りたらドラックシュート(速度を殺すため)とパラグラ
イダー(緩い沈下速度にして落ちていかないため)兼用の何か布のようなものを広
げます。(かなりご都合主義なのは自分でもわかりますが)それにしても速度・気圧
が大幅に変わるので複数枚を使い捨てにするようになると思います。
　そうして成層圏にたどり着く頃には極超音速から超音速くらいにして超音速グラ
イダーになり地上に降りるのです。機体のデザインはこの超音速グライダーの部分
を主に対応できるデザインにします。上の空気の薄い所に合わせないのは１つのデ
ザインではとても対応できないだろうと思うし、もっと遅い速度のグライダーにし
たら打ち上げの時の抵抗が大変なものになるからです。超音速グライダーなんてと
ても着陸が難しそうですがスペースシャトルも似たような物ですし、成層圏から下
を最終アプローチと考えコンピューターで制御すれば何とかなると思います。
　以上が自分の考えというか妄想になります改めてこんな物の可否を教えて下さい

回答No.5

imoriimori

専門家ではありませんし、ご質問全体の回答でもありませんが、、、

「浅すぎる角度」については私も前から似たようなことを思っていました。
地球の引力圏外からの帰還の場合は突入角度が浅すぎると大気に「弾かれる」ことですっ飛んで行ってしまうことはあり得ます。
しかし、衛星軌道からであれば弾かれてもまた地球に近づくはずです。そうでないとエネルギー保存則に違反。これを何度かやれば減速は可能なはずである、と。突入の発熱が避けられるわけでも無いし、予定の着地点には行けないだろうけど。
ご質問をきっかけに、多少webで調べてみましたけど、見当違いではなさそうです。しかし、確たる材料を見つけることはまだできていません。

回答No.4

noname#184692

要は物凄く高速だからですよ。
あの速度では大気圏内は飛行できない。
逆にあの速度がないと宇宙には出られない。

ゆっくり降りてくる技術があれば熱の問題は無くなるでしょう。
だけどそれをやるなら打上時と同じ位の燃料が必要だということです。
もちろんそれだけ重くなれば打ち上げ時の燃料は更に増えて事実上打ち上げる事は不可能となるでしょう。

この速度を落とすために大気を利用するのです。
要はエアブレーキですよね。
これなら燃料不要で減速が出来ます。
ただ、速度エネルギーが熱へと変換され放出されます。
要はレーシングカーのブレーキディスクが真っ赤になってるのと一緒です。
これにより効率的に減速を行い、地球に帰ることができるのです。

民間宇宙船など熱対策が軽微なのは飛行高度が低く速度が低いからでしょう。
速度が速くないと高い軌道には上がれません。
当然戻ってくる時の速度も低く熱も少ないという事になります。

回答No.3

reflector

ここに記述しているから暗記してケロ。

高周波誘導加熱とは　～金属を非接触で自己発熱させる方式です～
http://www.spc.co.jp/products/ih/case.html

大気圏内に突入すると空気の摩擦で加熱すると言い出したのは、恐らく専門家の方だと思う。
マスコミがそのまま流用したと考えられる。

回答No.2

中村 拓男（@tknakamuri）

衛星速度から着陸速度まで、真空に近い大気密度から地表の大気密度まで、
全てのレンジで機能するグライダーが必要でしょうね。

ちょっとどういう設計になるか想像も付かないし、実現性など無いように思えますが
もしできれば、全世界から賞賛されると思います。

SS2みたいにアイデアしだいなのかもしれません。

回答No.1

trajaa

何とかならないか！
で何とかなるのなら、既に導入されている

秒速８Ｋｍもの速度があるのだからどうしたって圧縮摩擦熱は発生する