Objetos que entram na atmosfera da Terra enfrentam uma viagem difícil. Pete Turner/Coleção Stone/Getty Images Lançar uma espaçonave ao espaço é uma coisa. Trazê-lo de volta é outra.
A reentrada de espaçonaves é um negócio complicado por vários motivos. Quando um objeto entra na atmosfera da Terra, ele sofre algumas forças, incluindo a gravidade e arraste . A gravidade puxará naturalmente um objeto de volta à Terra. Mas a gravidade por si só faria com que o objeto caísse perigosamente rápido. Felizmente, a atmosfera da Terra contém partículas de ar. À medida que o objeto cai, ele bate e esfrega nessas partículas, criando fricção . Esse atrito faz com que o objeto experimente arrasto ou resistência do ar , o que desacelera o objeto para uma velocidade de entrada mais segura. Leia mais sobre esses fatores em “E se eu jogasse um centavo do Empire State Building?”
Esse atrito é uma bênção mista, no entanto. Embora cause arrasto, também causa calor intenso. Especificamente, os ônibus espaciais enfrentaram temperaturas intensas de cerca de 3.000 graus Fahrenheit (cerca de 1.649 graus Celsius) [fonte:Hammond]. Corpo rombudoprojeto ajudou a aliviar o problema do calor. Quando um objeto - com a superfície romba voltada para baixo - volta à Terra, a forma romba cria uma onda de choque na frente do veículo. Essa onda de choque mantém o calor distante do objeto. Ao mesmo tempo, a forma romba também retarda a queda do objeto [fonte:NASA].
O programa Apollo, que moveu diversas naves tripuladas do espaço durante as décadas de 1960 e 1970, revestiu o módulo de comando com ablativos especiais. material que queimou na reentrada, absorvendo calor. Ao contrário dos veículos Apollo, que foram construídos para uso único, os ônibus espaciais eram veículos de lançamento reutilizáveis (RLVs). Então, em vez de usar apenas material ablativo, eles incorporaram um isolamento durável. A seguir, nos aprofundaremos no processo moderno de reentrada dos ônibus espaciais. O fim do satélite Os satélites não precisam ficar na órbita da Terra para sempre. Satélites antigos às vezes caem de volta na Terra. Devido às duras condições de reentrada, eles podem queimar gravemente ao descer. No entanto, alguns deles podem sobreviver à queda e atingir a superfície da Terra. Nas quedas controladas, os engenheiros manipulam os sistemas de propulsão de um satélite para fazê-lo cair em um local seguro, como o oceano.
A descida de um ônibus espacial
As bordas principais e o nariz do ônibus espacial usaram material RCC da NASA Reentrar na Terra tem tudo a ver com controle de atitude . E não, isso não significa que os astronautas precisem manter uma atitude positiva (embora isso seja sempre útil). Em vez disso, refere-se ao ângulo em que a espaçonave voa. Aqui está uma visão geral de uma descida do ônibus espacial:
Saindo da órbita :Para desacelerar a nave de sua velocidade extrema de órbita, a nave girou e voou para trás por um período. Os motores de manobra orbital (OMS) então empurraram a nave para fora da órbita e em direção à Terra.
Descida pela atmosfera :Depois de sair de órbita com segurança, o ônibus espacial virou o nariz novamente e entrou na atmosfera de barriga para baixo (como um movimento de barriga para baixo) para aproveitar o arrasto com seu fundo rombudo. Os computadores levantaram o nariz para um ângulo de ataque (ângulo de descida) de cerca de 40 graus.
Aterrissagem :Se você assistiu ao filme “Apollo 13”, talvez se lembre de que os astronautas retornam à Terra em seu módulo de comando e pousam no oceano, onde equipes de resgate os buscam. Os ônibus espaciais pareciam e pousavam muito mais como aviões. Assim que a nave ficou baixa o suficiente, o comandante assumiu o controle dos computadores e guiou a nave até uma pista de pouso. À medida que rolava ao longo da pista, ele abriu um pára-quedas para desacelerá-lo.
A viagem de volta à Terra é quente. Em vez dos materiais ablativos encontrados na espaçonave Apollo, os ônibus espaciais tinham materiais especiais resistentes ao calor e telhas isolantes que podiam sustentar o calor de reentrada.
Nesta imagem, funcionários da NASA mostram onde o Columbia sofreu danos nos azulejos durante seu vôo inaugural. NASA/Space Frontiers/Arquivo Hulton/Getty Images
Carbono Reforçado (RCC) :Este material composto cobriu o nariz e as bordas da asa, onde as temperaturas ficam mais altas. Em 2003, o RCC do Columbia foi danificado durante a decolagem, causando sua queima na reentrada, matando todos os sete membros da tripulação.
Isolamento composto refratário fibroso (FRCI) :Esses ladrilhos pretos substituíram os ladrilhos HRSI em muitos lugares porque são mais fortes, mais leves e mais resistentes ao calor.
Isolamento de superfície reutilizável de baixa temperatura (LRSI) :essas placas de sílica branca são mais finas que as placas HRSI e protegem diversas áreas de temperaturas de até 649 graus C (1.200 graus F).
Isolamento avançado de superfície flexível e reutilizável (AFRSI) :Feitas de tecido de vidro de sílica, essas mantas externas foram instaladas na parte superior dianteira de um ônibus espacial e suportam temperaturas de até 816 graus C (1.500 graus F). Com o passar dos anos, eles assumiram grande parte do material do LRSI em um ônibus espacial.
Isolamento de superfície reutilizável de feltro (FRSI) :Este material suporta temperaturas de até 700 graus F (371 graus C) e é feito de feltro Nomex branco tratado termicamente (um material usado em roupas de proteção de bombeiros).
Dê uma olhada nos links a seguir para saber mais sobre os desafios colocados pela exploração espacial. Lembretes amargos Tal como o desastre do Challenger em 1986 nos lembrou quão arriscados são os lançamentos de vaivéns, o desastre do Columbia lembrou-nos quão perigosa é a reentrada atmosférica. Em 2003, o ônibus espacial Columbia e seus sete tripulantes pegaram fogo quando retornavam à Terra. Após investigação, a NASA descobriu que danos na asa esquerda (que realmente ocorreram durante a decolagem) deixaram entrar ar quente na reentrada e fizeram com que o ônibus espacial perdesse o controle e queimasse.
Perguntas frequentes
Como o ângulo de reentrada afeta a capacidade de uma espaçonave de suportar calor intenso?
O ângulo de reentrada é crucial para gerenciar a exposição da espaçonave ao calor. Um ângulo de reentrada acentuado pode levar a aquecimento excessivo e danos potenciais, enquanto um ângulo muito raso pode fazer com que a espaçonave ricocheteie na atmosfera. O ângulo ideal garante que a espaçonave possa suportar calor intenso por meio de desaceleração controlada e distribuição de calor, utilizando sistemas de proteção térmica de forma eficaz.
Que avanços foram feitos nos sistemas de proteção térmica desde o ônibus espacial?
Desde a era do ônibus espacial, os avanços nos sistemas de proteção térmica (TPS) têm se concentrado em melhorar a resistência ao calor e a durabilidade. Novos materiais e tecnologias, como revestimentos ablativos melhorados, carbono-carbono reforçado e telhas de sílica avançadas, oferecem melhor proteção contra temperaturas de reentrada.
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NASA
EUA Centenário do Voo
Space.com
Fontes
Cuk, Matija, Dave Rothstein, Britt Scharringhausen. “Por que as espaçonaves precisam de escudos térmicos voltando para a Terra, mas não saindo?” Departamento de Astronomia da Universidade Cornell. Janeiro de 2003. (9 de maio de 2008) http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=448
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