Входження в атмосферу

Входження в атмосферу — рух об'єкту із космічного простору через атмосферні гази планети, карликової планети чи природного супутника. Аеродинамічний опір, що виникає при цьому, призводить до значного нагрівання об'єкту і може поступово дезінтегрувати його. Якщо тіло має низьку міцність на стиснення, то воно може навіть вибухнути.

Рух MER у атмосфері Марсу

Анімована ілюстрація різних фаз входу в атмосферу небесного тіла: влітає метеороїд, світиться при падінні метеор, долітає до землі метеорит

Існують два основних типи входження у атмосферу:

• неконтрольоване — таке, як вхід астрономічного об'єкту, космічного сміття та болідів;
• контрольоване (re-entry — при поверненні на Землю, entry — при посадці на іншу планету, супутник тощо) — керований рух космічного апарату (КА) заданим курсом.[1]

Створені людьми об'єкти, що знаходяться на орбіті, з часом втрачають швидкість і падають у атмосферу. Таке може спричинятися і через помилки у процесі виведення КА на орбіту. Верхні ступені ракет-носіїв після виконання своєї місії падають і згоряють. Іноді транспортні засоби спеціально програмують на знищення у атмосфері, щоб вони не перетворилися на космічне сміття (деорбітація). На Землі входження в атмосферу починається нижче лінії Кармана, що знаходиться на висоті більш, ніж 100 км від її поверхні (для Венери ця висота складає 250 км, а для Марсу — 80 км). Перше велике розпадання крупного об'єкту відбувається на висоті 83-74 км. Поступово шматочки зменшуються, але іноді згоряють неповністю, а падають на Землю.[2]

Єдиний офіційно підтверджений випадок падіння обломку космічного об'єкту на людину був зафіксований у місті Tusla, Оклахома, США: Lottie Williams повідомила, що під час прогулянки її у плече вдарив обгорілий обломок розміром з долоню, що впав з неба. Дослідження показали, що це була частинка паливного бака ракети Delta-2, що запускала супутник у 1996 році.[2]

Зазвичай кінетична енергія транспортного засобу під час спуску становить 50-1800 МДж, і зменшується вона завдяки атмосферній дисипації. Тобто, кінетична енергія витрачається на тертя об атмосферні гази, при цьому адіабатичне стиснення призводить до значного підвищення температури на поверхні теплового щита (покриття) апарату.[3] Значно менші витрати йдуть на так зване випромінювання чорного тіла від гарячих газів та на хімічні реакції між іонізованими газами.

Керовані об'єкти спрямовують до Землі попередньо розрахованими траекторіями, наприклад, суборбітальною (міжконтинентальна балістична ракета) чи орбітальною (Спейс Шаттл). Космічні апарати багаторазового використання під час входження в атмосферу потрібно сповільнювати до дозвукових швидкостей перед розкриттям їх парашутів, інакше вони можуть зруйнуватися. Кількість пального, що витрачається на гальмівний імпульс, майже дорівнює кількості пального, що необхідна для підйому апарата. Тому існують альтернативні методи сповільнення, що використовують плавучість тіла, особливо там, де присутній значний шар атмосфери (Венера, Титан та інші газові планети). Значно зменшити швидкість спуску об'єкта може підйомна сила, що з'являється при правильно підібраному кутові атаки, який можна змінювати тангажем літального засобу.

SpaceShipOne

Зовнішні відеофайли
	Анімація застосування HIAD на YouTube

Існують наступні конструкційні способи зменшення швидкості літального апарату: крила із додатковими елементами можуть підійматися в потрібний момент, створюючи ефект волана (SpaceShipOne), або насадка на верхівці спускного апарату, що складається із вакуумнозапакованих кевларових кілецеподібних трубок, які надуваються в необхідний момент і утворюють щит у формі грибного капелюшка, що значно збільшує площу опору атмосфері (Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator).