Почему метеориты сгорают в атмосфере: Почему метеориты сгорают в атмосфере, а парашютисты — нет?

Почему корабль нагревается в атмосфере Земли

Есть вот такие расхожие суждения, которые, с одной стороны, и не вполне далеки от истины, но с другой — неверно отражают суть явления. Да, при вхождении в плотные слои атмосферы обшивка космического корабля начинает нагреваться, да так, что не будь термоизоляции, она неминуемо разрушилась бы. Как часто разрушаются, например, не долетев до поверхности Земли метеорные тела. При этом даже в научно-популярной литературе приходится встречать утверждение о том, что все дело в трении о воздух. А вот это уже неправда. Виной всему аэродинамический нагрев, но что же это такое?

Андрей Сердечнов

Почему метеориты сгорают в атмосфере?

Разумеется, главная причина нагрева – встреча несущегося на сверхзвуковой скорости объекта с достаточно плотной газовой средой. 

Метеорные тела входят в атмосферу нашей планеты со скоростью от 11,2 до 72 км/с. Важный процесс при падении метеорных тел на землю — абляция. Это «сдувание» части вещества с поверхности тела. Происходит это из-за потока горячего газа. 

Что такое аэродинамический нагрев?

Трение о воздух, конечно, происходит, и при этом выделяется какое-то количество тепла, однако раскаляет обшивку спускаемого аппарата и заставляет пылать и взрываться летящие к земле болиды другой физический процесс, называемый аэродинамическим нагревом.

Как известно, впереди движущегося в газе со сверхзвуковой скоростью тела формируется ударная волна — тонкая переходная область, в которой происходит резкое, скачкообразное увеличение плотности, давления и скорости вещества. Естественно, при повышении давления газа он нагревается — резкое увеличение давления приводит к быстрому повышению температуры. Вторым фактором — это и есть собственно аэродинамический нагрев  — становится торможение молекул газа в тонком слое, прилегающем непосредственно к поверхности движущегося объекта — энергия хаотичного движения молекул возрастает, и температура вновь растет. А уже горячий газ нагревает и само мчащееся на сверхзвуке тело, причем тепло переносится как с помощью теплопроводности, так и с помощью излучения. Правда излучение молекул газа начинает играть заметную роль при очень высоких скоростях, например, на 2-й космической. Так что причина не замыкается на одном лишь трении в атмосфере. 

Как аэродинамический нагрев действует на летательные аппараты?

С проблемой аэродинамического нагрева приходится сталкиваться не только конструкторам космических кораблей, но и разработчикам сверхзвуковых летательных аппаратов — тех, что никогда не покидают атмосферу.

Известно, что конструкторы первых в мире сверхзвуковых пассажирских самолетов — Concorde и Ту-144 — были вынуждены отказаться от идеи заставить свои самолеты летать со скоростью 3 Маха (пришлось довольствоваться «скромными» 2,3). Причина — аэродинамический нагрев. При такой скорости он раскалял бы обшивки лайнеров до таких температур, которые могли уже сказаться на прочности алюминиевых конструкций. Заменять же алюминий на титан или специальную сталь (как в военных проектах) было невозможно по экономическим соображениям. Кстати, о том, как решали проблему аэродинамического нагрева конструкторы знаменитого советского высотного перехватчика МиГ-25, можно прочитать в статье «Есть только МиГ. Охотник за призраками МиГ-25».

Предыдущее заблуждение

почему метеориты, проходя через слои атмосферы, сгорают, а парашютисты остаются в живых?

Секрет раскрыт: почему метеориты, проходя через слои атмосферы, сгорают, а парашютисты остаются в живых?

Наверное, каждый кто любит астрономию и космическое пространство интересовался вопросом, почему спутники и другие объекты при схождении с орбиты уничтожаются в атмосфере, а парашютисты – нет? Особенно после того, как Феликс Баумгартнер совершил свой сверхвысокий прыжок, который закончился вполне успешным приземлением. Также существуют и другие идентичные факты, например, ракеты V-2 из Германии, долетавшие до космической границы, падали без глобального разрушения конструкции.

 

На первый взгляд кажется, что на высоте больше тридцати девяти километров воздух становится очень разреженным, что приводит к снижению сопротивления. Как тогда присутствуют такие неопровержимые доказательства, которые полностью противоречат друг другу? Давайте искать на этот вопрос вместе.

 

Прыжок Баумгартнера и ракеты V-2: что общего?

В сороковых годах прошлого века действительно присутствовал подтвержденный факт достижения границы космоса ракетами Фау-2. Если задействовать вертикальный запуск, то такие устройства способны развить показатели скорости в пределах 9 тысяч километров за один час. После того, как топливо в баках подходило к концу, V-2 замедлялась до полной остановки. Затем ракета падала и не сгорала, но, если бы она приземлилась на АЗС или другое хранилище горючего, исход был бы другим.

 

Известный прыжок парашютиста по смысловой нагрузке практически не отличался от немецких ракет. Феликс Баумгартнер вертикально поднялся над земной поверхностью, и совершил прыжок вниз. То есть в момент перед прыжком и падением ракеты их скорость по отношению к Земле равнялась нулю. Потому можно сделать вывод, что, если любой объект упадет с огромной высоты (больше 30 км), развивающихся скоростных показателей все равно будет недостаточно, чтобы полностью уничтожиться в процессе трения о слои атмосферы. Но при соблюдении определенных требований – изначальная скорость не должна быть больше 0 по отношению к поверхности Земли.

 

Хотите интересный факт? Максимальная скорость падения парашютиста была равна 1357,6 километра в час. Все познается в сравнении – пассажирский самолет летит при скорости 900-1000 километров в час, сверхзвуковой Конкорд или Ту-144 развивают скорость в 2 раза больше, чем продемонстрировал Баумгартнер.

 

Почему спутник и метеориты сгорают?

Здесь все просто: необходимо только знать, что космические объекты и аппараты, которые находятся на орбите, передвигаются относительно Земли очень быстро. Эти показатели превышают максимальную скорость парашютиста минимум в десять раз. Например, скорость МКС равно 7,6 километров за одну секунду. Скорость вхождения в атмосферу метеоритов может быть разной. Здесь необходимо учитывать множество факторов, но в любом случае скорость еще больше орбитальных скоростей каждого аппарата в космосе. 

 

Именно по этой причине они входят в плотные атмосферные слои с бешеной скоростью, что приводит к сильному трению о воздушные массы. Это означает: глобальная кинетическая энергия за доли секунды преобразовывается в тепловую, которая приводит к возгоранию.

 

Представим ситуацию, что спутник сможет самостоятельно сбросить скорость до 10% от изначальной, даже жертвуя огромным количеством горючего. В такой ситуации у него есть все шансы достичь земной поверхности в целостности и сохранности. Человечеству такой проект обойдется в очень огромные суммы, потому сегодня это не целесообразно.

Поделиться

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

Поделиться

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

2 210

Тегиатмосфера, космическое пространство, Космос, метеориты, ракеты, секреты, спутник, факты