Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Недостатком метода тормозных эллипсов является то, что его использование делает почти невозможным предварительный выбор места посадки, а главное — требует долгого времени торможения. Кроме того, периодическое пересечение зон радиации оказывается опасным для здоровья космонавтов [3.25] и неприемлемым для возврата на Землю с Луны и планет. Поэтому повторный выход в заатмосферное пространство со скоростью, превышающей круговую, нежелателен. § 2. ВХОД B ЗЕМНУЮ АТМОСФЕРУ И СПУСК
259
Тем не менее метод «тормозных эллипсов» (или метод «затухающей эллиптической орбиты») иногда рассматривается как возможный вариант спуска в случае аварийной ситуации [3.26].
Перигей траектории возвращения не должен лежать слишком высоко. Но он, как мы видели, не может быть и слишком низок. «Следовательно, вход в атмосферу при возврате с Луны может
происходить лишь в узком коридоре, нижняя граница которого определяется максимально допустимыми перегрузками, а верхняя — требованием
Рис. 100. Метод «тормозных эллипсов».
Рис. 101. Коридор входа в атмосферу:
1 — траектории опасных перегрузок,
2 — «сквозные» траектории, не приводя-
щие к спуску («зона незахвата»).
уменьшения скорости ПО крайней мере до местной круговой, чтобы торможение закончилось при первом же входе в атмосферу (рис. 101) [3.27, 3.28].
Для возвращения на Землю необходимо попасть в намеченный узкий коридор. Под шириной коридора понимается разность высот условных перигеев двух граничных кеплеровых траекторий. Она настолько мала, что на обратном пути к Земле, безусловно, необходима коррекция траектории.
В самом деле, если считать, что коэффициент максимально допустимой перегрузки не должен превышать 10, то при входе в атмосферу со второй космической скоростью ширина коридора должна составить всего лишь 10 км. Примерно такие значения указываются в ряде работ [3.27, 3.29].
Существует, однако, способ спуска, позволяющий расширить коридор входа и обладающий еще рядом преимуществ. Это уже знакомый нам планирующий спуск, или спуск с аэродинамическим к ачеством. 260
ГЛ. 11. Ё030РАЩЕНЙЕ НА ЗЕМЛЮ
Планирующий аппарат может представлять собой капсулу в форме затупленного конуса, повернутого на угол атаки, или конуса с пологим продольным срезом (аэродинамическое качество 0,2—0,5, как у американских кораблей «Джеминай» и «Аполлон»), или иметь несущий корпус (аэродинамическое качество 1 и более), или иметь крылья (аэродинамическое качество больше 2) [3.26,
Допустим, что аппарат с аэродинамическим качеством вошел в атмосферу ниже «границы недолета» (нижней границы коридора входа), какой она должна была бы быть при баллистическом входе. Траектория в этом случае отклонится вверх, и аппарат сможет совершить посадку, медленно снижаясь, так что перегрузки не будут чрезмерными. Таким образом, нижняя граница коридора входа опустится [3.27, 3.28].
Верхнюю границу коридора входа («границу перелета») можно еще повысить аналогичным образом. Планирующий аппарат, оказавшись выше этой границы, сможет все же остаться в атмосфере, если будет создана отрицательная подъемная сила (планер летит «вверх ногами»), стремящаяся прижать аппарат к Земле [3.23, 3.25, 3.27, 3.28]. Когда опасность ухода в заатмосферное пространство минует, необходимо будет снова сделать подъемную силу положительной. Для этого планирующий аппарат должен перевернуться вокруг своей продольной оси [3.23].
Таким образом, в случае планирующего спуска ширина коридора входа определяется как разность высот двух условных перигеев: первый соответствует траектории, являющейся «границей захвата» (вылет из атмосферы со скоростью, близкой к круговой), когда используется отрицательная подъемная сила; второй соответствует траектории, на которой максимальная перегрузка является предельно допустимой, причем предполагается использование положительной подъемной силы.
.Если обозначить ширину коридора входа через /, то для нее может быть указана следующая приближенная формула [3.30]:
3.28].
где
(X =
^max
Ux.a-1) У 1+ (CxIcv)* '
V
rtItiax
Увх.аКувх.а—1 VRk V 1 + (с*/су)2
Здесь vBX а — безразмерная скорость входа в атмосферу, т. е. § 2 ВХОД В ЗЕМНУЮ АТМОСФЕРУ И СПУСК
261
скорость входа, отнесенная к местной круговой скорости (гвх.а = =г/вх-а/окр); CyjCx — аэродинамическое качество входящего в атмосферу аппарата; /Jmax — максимально допустимый коэффициент продольной перегрузки, т. е. перегрузки в направлении движения (именно она, а не поперечная перегрузка и представляет опасность); R — радиус Земли; Я — так называемый «логарифмический декремент плотности», показывающий быстроту убывания плотности воздуха в атмосфере с высотой.
В связи с последним обозначением заметим, что изменение плотности р с высотой h над поверхностью Земли может быть приближенно записано в виде (ро — плотность атмосферы на уровне моря), причем эта зависимость неплохо отражает истинное положение вещей до высоты 100 км. Величина Я имеет размерность км-1. Обратная ей величина H=IjX называется «масштабным коэффициентом плотности» и имеет простой физический смысл: она показывает высоту в километрах, при подъеме на которую плотность воздуха уменьшается в ,718 раза. Для Земли #=7,16 км [3.29].
