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宇宙が好きな素人です。 スペースシャトル等が地球に帰る時、大気圏で高温にな...

rm_********さん

2019/5/1502:37:46

宇宙が好きな素人です。

スペースシャトル等が地球に帰る時、大気圏で高温になるのは何故ですか?
空気の摩擦と云うのは分かる気がしますが、摩擦と云うよりも他の理由、現象、と、何かで聞

いた覚えがあります。
速さ、摩擦、なら速度を落とせばいいのでは?
なんて考えてしまいます。

愚問かもしれませんが知りたいです。

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hay********さん

2019/5/1508:02:04

地球に帰還する際、地表への激突を防ぐために、大気との摩擦を利用して減速してるのです。

単純に大気圏に入る訳でなく、緻密な計算などをしないと、落下地点が大幅に狂います。

アメリカ、ロシア、どちらも大気が濃くなったあたりからパラシュートを使い減速しますが、海洋に落ちてフロートで浮かび回収されるアメリカ式が大地に墜ちたらカプセルは勿論、乗組員の無事は保証出来ません。

パラシュートの後、地表すれすれで逆噴射しているロシア式が、海洋に落ちたら、カプセルは乗組員を乗せたまま、海中に沈んでしまいます。
ですから、大気圏突入は単純なものではありません。

現在退役したスペースシャトルは、減速にパラシュートは使用せずに、大気が濃密になると、グライダー模して滑空飛行により基地の滑走路に降り、最後にブレーキとのしてパラシュートを使います。

https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7%E6%B0%97%E5%9C%8F%E5%86%8...

大気圏突入は、大変危険な段階で、嘗てのソビエト(現ロシア)のソユーズはカプセルの気密のトラブルで、地上に降りたカプセル内の乗組員三人全員が死亡していたり、スペースシャトルでは機体の耐熱タイルの欠損から、大気圏で爆発、墜落して乗組員全員が亡くなっています。

ロケットの噴射で、大気圏突入の制御が可能ならそれに越した事はないのでしょうが、そのためには、現在の技術では、カプセルよりもデカイロケットエンジンとさらにばかデカイ燃料タンクと、費用がかかりますから、現在のところは、合理的で最善の方法です。

地球に帰還する際、地表への激突を防ぐために、大気との摩擦を利用して減速してるのです。...

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ohd********さん

2019/5/1522:54:13

速度を落とすためには逆噴射をしなければなりません。
打ち上げたときと同じくらいの燃料が必要です。
そんな大量の燃料は持って行ってないので、
逆噴射も不可能です。

tat********さん

2019/5/1519:25:56

大気圏突入時の高熱化は
一般には「大気(空気)との摩擦」と言いますが

正確には「圧縮熱」と考えてください。

学校の理科でこんな実験をしたのを覚えていますか?

針なし注射器の中に
空気を入れて
注入口を塞いで
ピストンを押し込むと
中の空気が圧縮されて熱を持つようになる。

あの実験を
もっと高圧に成るまで行えば
空気の温度はドンドン上がってゆき

やがては数千度まで上昇します。

あの大気圏突入時の熱は
この空気の圧縮による現象なのです。


つまり、空気の分子は
フワフワと自由に動けるように思えますが
実際には気圧によってその移動速度には上限があります。

一気圧の地上の場合には
その移動速度はおよそ秒速340m
つまり音速ということです。

航空機が音速を超えて空気中を移動すると
航空機の前方の空気の粒子は
航空機の動きより遅いために
その前方で逃げ送れてしまう状態になります。

そして航空機の押される形で
その場で圧縮状態になります。

圧縮されて高圧になると
その分、空気の分子は速く動ける状態になるので
航空機の前方から逃げ出す事ができるのですが
この航空機の前方部で出来る逃げ遅れた高圧空気の出す熱が
一般に「空気の摩擦熱」と勘違いされて伝わっています。

従って厳密には
「気圧と機体の移動速度の差から発する空気抵抗からの圧縮熱」

と言うのが正確で、それを面倒なので
「空気抵抗から来る熱」と縮めて説明したのを

「空気抵抗」と「空気摩擦」の区別がつかない人によって
「空気摩擦による熱」といわれてしまったのが
この勘違いの現況だとおもいます。

(さて、一気圧下での音速飛行での
航空機の前方の空気圧縮を理解してもらった所で
話を大気圏突入に戻しますね)

人工衛星や宇宙船(飛行物体)は地球の周囲を
衛星軌道という楕円放物線軌道で飛行しています。

この速度は遅い(低い高度の)物でも
およそ秒速7.9km以上です。

これは地球の重力加速と
衛星軌道での物体が周回する時の
遠心力が釣り合っている速度で

これより速い速度になると
飛行物体の周回軌道での遠心力が上がるので
物体はより高い高度行くことになり

逆にこの速度を少しでも下回ると
飛行物体は地球の重力に負けて
人工衛星や宇宙船は地球に落下するわけです。

しかし、僅かにくなったとはいえ
秒速で7kmくらいなら
その速度は時速で言えば25200km
マッハで言えば20となります。

この速度で大気圏に突入すれば
当然、その前方に空気は強烈に圧縮されます。

その結果、人工衛星や宇宙船の大気圏突入時には
大気のある場所に入った途端に
高温化する状態になるわけです。

しかしこの高温化は大気との抵抗の結果ですから
高度が下がり大気が濃くなるに従って
対抗が増してゆく事で飛行物体には減速作用も働き、

やがて落下速度と空気抵抗のバランスで
落下速度が減速してゆき
高度15~40kmあたりまで降下すると
速度がかなり遅くなりはじめるのです。

最終的には対流圏(高度10km以下)辺りまでくると
音速以下程度まで減速されるので
宇宙船のカプセルならパラシュート
スペースシャトルなら滑空飛行で
更に減速して、やがて地上に着陸できる状態になる
・・・ということのようですね。

txr********さん

2019/5/1514:52:39

無知な回答があるので注意。

>地球に帰還する際、地表への激突を防ぐために、大気との摩擦を利用して減速してるのです。

嘘ですw 空気抵抗はいわゆる「粘性抵抗」で、これは空気抵抗の3割以下です。空気抵抗を利用して減速しているがその多くは「造波抵抗」です。
空力に関して無知な回答です。カテマスに騙されないように。

>D層には空気が無いので摩擦(断熱圧縮)でシャトルが高温になるなんてことはありえません、

でたらめもいいところw 空気自体は熱圏まである。熱圏は高度800キロくらいまで。空気がないなんてデマですw

>マッハで言うと 22とか 23とかになります。

空気がほとんどないところでマッハなどありません。マッハは気圧や気温で変わることを知らない人ですねw

aoi********さん

2019/5/1513:09:07

単純に考えて、ゆっくり降りてくるには、大気圏脱出と同等のシステムが必要ですよね?
それを持って打ち上げるには、打ち上げ時のロケットが、倍以上必要になります。

また、大気圏を地球半周以上して降りてくるので、空気との接触は多いです。充分に空気が濃い所でないと、パラシュートが萎んだまま落ちてくる。

空気との摩擦は、実際にある様で、スクラムジェット等でも、課題となっています。

pip********さん

2019/5/1510:06:10

大気圏再突入とは宇宙から高度100km~80kmにあるD層を通過することです

D層には空気が無いので摩擦(断熱圧縮)でシャトルが高温になるなんてことはありえません、ここはNASAのホラ話
NASAによると突入時の温度3000度ですが都合の悪い物理学では10000度となっています
断熱圧縮が原因なら速度を落とせば燃えずに帰還することができる
燃える原因を取り払ってるんだから燃えないこと確定です

なんでやらないんでしょうね ホラ話だからです

真実はD層は電子の層だからそこにシャトルがあるだけで電子レンジ状態となり溶けてしまうです

断熱圧縮ってウソに引っかかると湾岸戦争で使用されたスカッドミサイルは再突入時3つに分裂、北朝鮮のテポドンは2つに分裂(本当は木っ端微塵でしょうが映像がないのでわからない)
となります

ソユーズが地球に帰還する映像がYouTubeに上がってるので見れば分かると思いますが突入時の映像はありません
スペースシャトルの突入時の映像も存在しません

はやぶさが帰還したときは大天体ショーでしたからそこから想像するとシャトルのヒューストン帰還はテキサス州あたりの上空ですんごい火球が見えたはずです
ところが肝心の映像がありません
だってスペースシャトルは宇宙に行ってないんだもん。

とにかく摩擦が原因ではなく電子レンジ状態が原因なんだからD層を早く通過しないと溶けてしまいます。
またD層は昼と夜で高度が変化しますので電子の位置が変化する時刻である早朝か夕方が最も安全に突入できる時間帯です。はやぶさの帰還やホリエモンロケットもその時間に通過しようとするのはそのためです。

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