Hayır, ısı kalkanları fırlatma sırasında gerekli değildir, en azından yeniden girişte kullanılanla aynı tip değildir, bu da çoğu insanın uzayda "ısı kalkanı" terimi kullanıldığında aklına gelen şeydir. Yeniden girişli bir ısı kalkanı, ısı kalkanı için daha teknik bir terim olan Termal Koruma Sisteminin (TPS) yalnızca bir türüdür. Örneğin, elektrikli olmayan arabanızda hassas parçaları egzoz sisteminin ısısından korumak için ısı kalkanları vardır.

Bir roket fırlatıldığında, ilk veya iki dakikasını neredeyse doğrudan atmosferin dışına çıkarak geçirir ve atmosferin büyük bir kısmından kurtulduktan sonra yukarı fırlar ve yörünge hızına doğru hızlanmaya başlar. Uygulanabilir bir hız / irtifa profili, 20km yükseklikte yaklaşık 600m / s gösterir, bu da 65000ft'de yaklaşık 1400mph'dir. Bu önemsiz değil, ancak roket incelme atmosferine tırmanırken uzun sürmez, bu nedenle biraz termal koruma gerekli olsa da, neredeyse yeniden giriş kadar değil. Termal koruma, bir uyduyu koruyan kaporta içine veya örneğin bir kapsül gibi yükün kendisine yerleştirilmiştir.

Öte yandan, uzay aracı için yeniden giriş hızları, yaklaşık olarak 18.000 - 25.000 mil / saat arasında olan 7-11 km / s aralığında ve birkaç dakika sürüyor. Uzay aracının yeniden girişte hayatta kalabilmek için çok daha yetenekli bir termal koruma sistemine ihtiyacı var.

Yani, fırlatıldığında bir uzay aracı sıfır hızda başlar ve çok hızlı gitmeden önce atmosferden dışarı çıkar, yeniden girişte tam yörünge hızında atmosfere çarpar.

Isı kalkanları hızlanma için değil, sadece frenleme için iyidir.

Unutmayın, yörüngede olmanın anahtarı yukarı çıkmak değil, gitmek değil yana doğru gerçekten hızlı. Bir uzay aracını fırlatmak, onu yörünge hızına kadar hızlandırmak anlamına gelir. Tersine, yeniden giriş ve iniş, tüm bu hızın yeniden düşürülmesi anlamına gelir.

Yörüngesel hız elde etmek için bazı tahrik araçlarına ihtiyacınız olduğu oldukça açık. Elbette yavaşlamak ve inmek için de itici gücü kullanabilirsiniz, ancak roket denkleminin çalışma şekli nedeniyle, tüm yakıtı taşımak son derece pahalıdır.

Ancak, bir gezegene iniş yapıyorsanız atmosfer, itici inişlere harika bir alternatif var. Sadece atmosferin tüm işi sizin için ücretsiz yapmasına izin verebilirsiniz. Tabii ki, tüm bu kinetik enerjinin bir yere gitmesi gerekiyor, bu yüzden ısıya dönüşüyor. (Termodinamiğin ikinci yasasının dediği gibi, herhangi bir tür enerjiyi ısıya dönüştürmek önemsizdir, ancak ısıyı başka bir şeye dönüştürmek zordur.)

Dolayısıyla, yeniden giriş için bir ısı kalkanına ihtiyaç duymanızın nedeni seçmiş olmanızdır. çok fazla ısı üretmek ve uzay aracını ondan korumak gerekiyor. Fırlatıldığında, roketler önce sivri uçtan uçarak sürüklenmeyi ve ısınmayı en aza indirir, girişte ise atmosferik frenlemeyi verimli hale getirmek için ters yönde uçarlar. Önce sivri uçlu uca yeniden girerseniz, fazla ısıtma yapmadan doğrudan ateş eder ve ardından yüzeye çarparsınız.

Bununla birlikte, lansman sırasında sürükleme ve ısıtma hala önemli bir endişe kaynağıdır, bu nedenle modern kaporta yükleri hava akışından ve ısıdan korumak için kullanılır.

Aslında bunlar gereklidir , ancak çoğu durumda yeniden giriş için gereken termal koruma, fırlatmanın neden olduğu ısınma için yeterlidir. Ancak, Apollo Deneyim Raporu: Termal Koruma Sistemi 'nde açıklanan Apollo termal koruma sisteminin tasarımında özellikle bir sorundu .

Nisan 1962 ile 1962 sonu arasında, ısı kalkanı için kullanılan malzemede yapılan iyileştirmeler, yoğunluğunu% 47 azalttı. Ancak, ısı kalkanı ağırlığındaki gerçek azalma yalnızca% 20 idi, çünkü lansman sırasında ihtiyaç duyulan termal korumayı dikkate almayı unuttular :

Bu, Yüzde 47, ancak tahmin edilen sistem ağırlığındaki karşılık gelen azalma sadece yüzde 20 idi. Sistem ağırlığının düşük oranda azalması, ilk tasarım aşamasında göz ardı edilen ek gereksinimlerin (özellikle hızlı ısıtma ortamı) dahil edilmesinden kaynaklanıyordu.

s. 14

Apollo 1 yangınından sonra uzay aracı yeniden tasarlandı. Bir iyileştirme, başlatma sırasında komuta modülünün üzerine bir destek koruyucu kapak koymaktı. Takviye koruyucu kaplamanın amaçlarından biri, başlatma sırasında ısıtma yüklerini idare etmekti:

Başlangıçta, Blok I TPS, yaklaşık 0,12 inç ek ablatör kalınlığı içeriyordu. araç çıkış uçuşu sırasında oluşacak yanmaya izin verin. Ekim 1963'te Apollo Program Yöneticisi, CM'nin konik kısmının üzerine bir takviye koruyucu örtü içeren bir tasarım değişikliğini kabul etti (şekil 5). Takviye koruyucu kapak fırlatma kaçış kulesine takıldı ve fırlatma kaçış kulesi ile fırlatıldı.

s. 17

Bu, ön ısı kalkanı kalınlığında bir azalmaya izin vererek toplam ağırlığı önemli ölçüde azalttı:

Bu değişikliklerden kaynaklanan Blok II tasarımı, TPS ağırlığında yaklaşık 200 poundluk bir azalma gösterdi (şekil 11). Bu, (1) fırlatma kaçış kulesiyle fırlatılan bir takviye koruyucu kapağın eklenmesiyle takviye ısıtma ortamının etkilerinin ortadan kaldırılmasıyla sağlandı (şekil 5),

s. 14

Ayrıca bu yanıta da bakın.

Biraz ısı koruması kesinlikle gereklidir.

SpaceX Falcon 9 kullanıcı kılavuzundan sayfa 34'den itibaren:

4.3. 8 UÇUŞ SIRASINDA YÜK SICAKLIĞINA MARUZ KALMA SpaceX yük kaplaması, karbon fiber yüzey tabakası katları ile çevrili 2,5 cm (1 inç) kalınlığında alüminyum petek çekirdekten oluşan kompozit bir yapıdır. Yük kaportasının emisyonu yaklaşık 0,9'dur. Kaporta kompozitinin dışına takılan kaporta ısı yalıtımı, kompozitin [aşağıda] gösterilen "Sınırlayıcı Kaplama Kompozit Sıcaklığı" profilini asla aşmayacağı şekilde boyutlandırılmıştır

4.3.9 SERBEST MOLEKÜLER ISITMA Serbest moleküler aero-termal ısıtma 1,135 W / m2'den az olduğunda yük kaplaması nominal olarak devreye girecektir.

Böylece, iyi yalıtılmış faringin içi 180 F / 93 C'ye ulaşıyor. Dışarısı oldukça sıcak olmalı. Ve sadece 100+ km'lik ince havadan> 2000 m / s'de yüke etki eden ısı atıldığında, cildinizde hala tam güneş ışığı gibidir. 20 km'de hava çok daha sıcak olmalı.

Concorde
Sonunda, ilgi için Concorde'un burnu uçuş sırasında 127 C'ye ulaştı - 60.000 've Mach 2.

Fırlatma yörüngeleri, hava sürtünmesi nedeniyle kaybedilen enerji miktarını en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır, çünkü hava sürtünmesi nedeniyle kaybedilen herhangi bir enerji, yakıt israfını temsil eder (ayrıca boşa harcanan yakıtı kaldırmak için boşa harcanan yakıt vb.) hava sürtünmesine karşı tüm enerji kayıplarını ortadan kaldırır, ancak tekneye çok fazla kinetik enerji vermeden önce atmosferi terk ederek bunun çoğu ortadan kaldırılabilir.

Buna karşılık, yeniden giriş yörüngeleri hava sürtünmesi nedeniyle kaybedilen enerji miktarını en üst düzeye çıkarın . Bir uçaktaki tüm kinetik enerji, araç dinlenmeden önce bir şekilde alınacaktır . Gezegenin yüzeyine ulaşmadan önce hava sürtünme kayıplarını en aza indirmek için bir yeniden giriş yörüngesi tasarlanabilir, ancak bu, geri tepme roketleri kullanılarak dağıtılmayan herhangi bir enerjinin yüzeyle bir çarpışma sonucunda dağılacağı anlamına gelir. Isı kalkanları ücretsiz değildir, ancak harcanan enerjinin çoğu uzay aracının ardından geride kalacağından, diğer herhangi bir pratik alternatiften çok daha fazla enerji dağıtabilirler.

Fırlatma sırasında atmosferin kalın kısımlarında daha yavaşsınız, bu yüzden hayır.

Belki birisi bununla ilgili daha spesifik ayrıntılara ve sayılara sahip olabilir, ancak uzay meraklısı sağduyum bana bunu söylüyor. Kalkış ve yeniden giriş hızlarından emin değilim, ama kesinlikle hava direnci ve basıncı Uzay mekiği örneğini alırsak, fırlatma pozisyonuna benzer herhangi bir yere konumlandırılırsa, yeniden giriş sırasında kolayca çözülür.Ayrıca, astronotlar, yeniden giriş sırasında pencerelerden plazma görürler ve lansman sırasında benzer hiçbir şey olmuyor.