چطور یک فضاپیما به زمین برمی‌گردد؟

 حقیقت دارد که یک فضا پیما که زاویه فرود آن به جو زمین، شیب تندی دارد، به هنگام فرود دچار سانحه می‌شود؟

برای پاسخ به این سؤال باید بدانیم که هر شیء هنگام بازگشت به جو زمین یا هر سیاره دیگر برای اینکه با موفقیت فرو بنشیند، لازم است زاویه فرودی با شیب خیلی کم داشته باشد.

در چنین فرودی پایین‌ترین وبالاترین حدود به وسیله مسیر پرواز فضا پیما، میزان کاهش سرعت آن و گرمایش آیرودینامیکی ایجاد شده از برخورد شیء با لایه‌های اطراف، تعیین می‌شود.

مسیر پرواز یک فضا پیما به هنگام بازگشت به زمین، تا اندازه‌ای به نوع مداری که شیء برای رسیدن به زمین طی می‌کند، بستگی دارد.

این مسیر، مداری با اهمیت است، چرا که مشخص می‌کند فضا پیما در اولین برخوردش با جو زمین، با چه سرعتی مدار را طی می‌کند. به‌عنوان مثال، سرعت فضا پیما‌‌ها به هنگام چرخش به دور زمین، 27360 تا 28970 کیلومتر در ساعت است که معمولا با همین سرعت زیاد نیز وارد لایه‌های بالایی جو می‌شوند.

حتی برخی فضا‌پیماها با سرعت فراتر از این نیز مدار زمین را می‌پیمایند و به جای قرارگرفتن در مدار دایره‌ای، مدارهای سهمی را طی می‌کنند. این امر موجب سرعت بیشتر آنها به هنگام بازگشت به زمین می‌شود.

مسیر‌های برگشت
یک فضا‌پیما چه حامل سرنشین باشد و چه بدون سرنشین باشد، برای بازگشت به جو زمین، 3راه بیشتر پیش رو ندارد: استفاده از مسیر بالستیک، حرکت با موتور خاموش (سرخوردن) و حرکت با شتاب.

تفاوت اصلی میان این مسیرها به اختلاف مسافت اولین نقطه برخورد فضاپیما با جو زمین و نقطه‌ای که سپس در آن فرود می‌آید، بستگی دارد. این مسافت تا حد زیادی با مقدار نیروی برآیی که فضا‌پیما به هنگام پیمودن جو زمین تولید می‌کند رابطه دارد.

بالستیک:
به‌طور معمول اکثر فضا‌پیما‌ها به هنگام ورود به زمین ، یک مسیر بالستیک را می‌پیمایند.

در این صورت در هنگام ورود، فضا پیما نیروی بالا‌برنده آیرو دینامیکی کمی تولید می‌کند، به‌طوری که نسبت نیروی برآ به نیروی پسا کمتر از عدد یک است.

چنین فضا‌پیمایی به جای آنکه به داخل جو زمین غوطه ور شود بر اثر نیروی جاذبه زمین و نیروی برآ، پایین می‌آید.

تساوی 2 نیروی پسا و برآ باعث می‌شود تا سرعت فضا‌پیما کاهش یابد و چترهای نجات آن برای یک فرود آرام باز شود.

نقطه فرود فضاپیما روی زمین با توجه به شرایط فضا‌پیما و مختصات آن به هنگام ورود اولیه‌اش به جو زمین تعیین می‌شود.

در این شرایط فضاپیما هیچگونه کنترلی بر مسیر خود به هنگامی که مدار زمین را ترک می‌کند و جهت ورود به زمین، وارد مسیر بالستیک می‌شود، ندارد.

سر خوردن:
یک شیوه بازگشت به زمین، ورود به جو زمین با موتور خاموش است که در آن فضا‌پیما در میان لایه‌های جوی شبیه به یک هواپیما پرواز می‌کند.

فضا‌پیما با زاویه حمله بالا وارد اتمفسر می‌شود و نیروی بالابرنده برآ تولید می‌کند. در چنین حالتی نسبت نیروی برآ به نیروی پسای فضاپیما بیشتر از 4 است که به آن اجازه می‌دهد تا از یک سفینه با مسیر بالستیک پایین‌تر بیاید.

مزیت عمده این روش این است که سرنشین به مراتب کنترل بیشتری روی مسیر پروازی دارد و می‌تواند مرکز فرود خود را انتخاب کند. به‌علاوه سفینه ممکن است به‌طور نمونه در یک شاهراه سالم فرود بیاید و دوباره مورد استفاده قراربگیرد.

ورود با شتاب:
یک انتخاب دیگر برای ورود به جو که کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و ترکیبی از هر دو روش بالستیک و سرخوردن است، روش ورود با شتاب است.

در این حالت، ابتدا فضاپیما با قسمت‌های بالایی جو تماس پیدا می‌کند که در نتیجه همین تماس نیروی پسای ایجاد شده، تا اندازه‌ای فرود فضاپیما را آهسته می‌کند.

با وجود این، نسبت نیروی پسا به نیروی برآ که تولید می‌شود ، بین یک و4 است. از این نیروی برآ، برای خروج دوباره از جو استفاده می‌شود.

این فرایند برای چند بار تکرار می‌شود. به‌طوری که فضا پیما همانند سنگی که باشتاب روی سطح آب حرکت می‌کند، وارد لایه‌های بالایی جو می‌شود.

این ورود با شتاب به تدریج حرکت فضا‌‌پیما را کند می‌کند تا زمانی که بتواند به سلامت وارد جو شود. در این زمان فضا‌پیما برای فرود، مسیری بالستیک را طی می‌کند.

جذابیت این شیوه در این است که فضاپیما می‌تواند نسبت به 2شیوه قبل در ارتفاع به مراتب پایین‌تری حرکت کند.

اما عیب عمده این روش این است که به‌طور قابل ملاحظه‌ای با مسئله افزایش گرمای آیرودینامیکی مواجه است.

چرا که در هنگام ورود سریع به جو ، گرمای ناشی از اصطکاک در حد وسیعی بالا می‌رود و برای محافظت از فضاپیما نیاز به حفاظ سنگین تری است.

صرف‌نظر از شیوه پروازی انتخاب شده جهت ورود به جو زمین، نباید سرعت فضاپیما به هنگام ورود سریعا کاهش یابد یا فضا پیما بیش از اندازه گرم شود.

مجموع این عوامل نقش تعیین‌کننده‌ای در تعیین میزان شیب لازم یک شیء برای ورود به جو و فرود سالم ایفا می‌کنند.
مواردی که اگر به درستی محاسبه و رعایت نشوند، حتی ممکن است موجب متلاشی شدن فضاپیما و آتش گرفتن آن هنگام ورود به جو شوند.
منبع : همشهری