PROTECȚIA DE LA "FIERUL ÎNCĂLZIT"
Care ar trebui să fie forma arcului?
Chiar și pentru capul unei rachete fără pilot, care, după ce a atins vârful traiectoriei, se întoarce în atmosfera pământului, forma părții frontale este de mare importanță. La urma urmei, cu cât este mai rapidă o rachetă la intrarea în straturile dense ale atmosferei, cu atât este mai puternică încălzirea. Și dacă designerii nu au luat măsuri de protecție, racheta ar arde, ca un meteor. Cum de protejat de aeronavele de combustie, care ar trebui să se întoarcă din spațiu pe Pământ? La proiectarea primelor rachete balistice intercontinentale [14-16], au fost preferate formele ascuțite ale nasului, care au avut cea mai mică rezistență aerodinamică. Dar testele efectuate de rachete au arătat că temperaturile extrem de ridicate apar în stratul limită subțire al aerului care înconjoară nasul rachetei. Partea nasului dintr-o formă bine raționalizată reflectă doar 50% din energia termică în atmosferă. Restul căldurii este percepută de corpul rachetei.
Racheta cu un arc bont este un mod complet diferit. La intrarea în atmosfera din fața acestuia se formează un val puternic de șoc. Se comportă ca o frână și reflectă în atmosferă mai mult de 90% din energia termică totală. Doar o zecime din această căldură este utilizată pentru încălzirea corpului rachetei. Uită-te la modul în care racheta netedă curge prin curentul de aer, care are o viteză de 5-10 ori mai mare decât viteza sunetului (figura 7). Aerul într-o zonă cu presiune ridicată înaintea capului în acest caz este încălzit intens. În același timp, debitul scade, devenind mai puțin decât viteza sunetului. Prin urmare, o parte semnificativă a energiei mișcării se referă la energia termică. Acest lucru crește foarte mult temperatura fluxului și duce la distrugerea moleculelor de aer prin atomi. Acest proces se numește disociere. Și ce se întâmplă în stratul de aer din apropierea cocii rachetei? Aici depinde mult de rugozitatea navei. Capul polisat emisferic curge lin, fără șuruburi. Dar chiar și pe partea cilindrică netedă a corpului se învârte. Și acest lucru accelerează transferul de căldură de la stratul de graniță la coc. Pentru a afla dacă conul din nas poate rezista revenirii dispozitivului în atmosferă, trebuie să cunoaștem cantitatea totală de căldură care este transferată în corpul de acoperiș din stratul limită și, de asemenea, viteza cu care are loc acest transfer. Toate substanțele cunoscute pe Pământ au o limită a capacității de căldură și o rată de transfer de căldură, astfel încât singura modalitate de a îmbunătăți protecția împotriva căldurii pare să fie îngroșarea pereților arcului.
Fig. 7. Deci corpul curge cu viteza hipersoncurenta:
1 - unde de șoc; 2 zonă subsonică; 3 - stratul limită; 4 - urme;
Cu cât este mai ciudată șoseaua, cu atât mai mult timp va dura o rachetă să se întoarcă pe Pământ. În acest caz, racheta va primi mai multă căldură, dar va veni la o viteză mai mică. Cu uzură groasă, cantitatea de căldură furnizată pe centimetru pătrați scade, deoarece căldura este distribuită pe o suprafață mai mare. Aeronavele netede la intrarea în straturile dense de aer își reduc brusc viteza, provocând o frânare inacceptabil de mare. Dacă puneți un om în cabina de pilotaj a unei rachete, acesta va fi apăsat cu mare forță la peretele frontal al cabinei și îl va zdrobi literalmente. Pentru a evita o frânare bruscă, o "fustă" de fier poate fi pusă pe partea din spate a aeronavei (figura 8). Această "fustă" din straturile superioare ale atmosferei este complet deschisă, iar când se apropie de Pământ, pe măsură ce crește densitatea aerului, lățimea "fustei" se va diminua treptat. Drept urmare, rezistența frontală a rachetei se va schimba fără probleme, iar cantitatea de frânare va rămâne în limitele admise.
Astfel, pentru a preveni arderea navei spațiale în momentul în care perforează atmosfera, puteți selecta forma potrivită a părții nasului dintr-un material care îndepărtează bine căldura. Este aceasta metoda cea mai buna de a proteja satelitul de combustie? Acum vom afla.