宇宙船を宇宙に打ち上げることは一つのことです。それを取り戻すのは別です。
宇宙船の再突入は、いくつかの理由から困難な作業です。物体が地球の大気圏に突入すると、重力や抗力などのいくつかの力を受けます。重力により物体は自然に地球に引き戻されます。しかし、重力だけでは物体が危険な速度で落下する可能性があります。幸いなことに、地球の大気には空気の粒子が含まれています。物体が落下すると、これらの粒子に衝突してこすれ、摩擦が生じます。この摩擦により、オブジェクトは抗力、つまり空気抵抗を受け、オブジェクトはより安全な進入速度まで減速します。これらの要因について詳しくは、「 エンパイア ステート ビルディングから 1 ペニーを投げたらどうなるでしょうか? 」をご覧ください。
ただし、この摩擦には幸不幸も含まれます。抵抗が発生するだけでなく、激しい熱も発生します。具体的には、シャトルは華氏約 3000 度 (摂氏約 1649 度) の高温にさらされました。
1960 年代から 1970 年代にかけて数隻の有人船を宇宙から往復させたアポロ計画では、司令船を特殊なアブレーション材料でコーティングし、大気圏再突入時に燃え尽き、熱を吸収しました。 1 回限りの使用のために作られたアポロ宇宙船とは異なり、スペースシャトルは再利用可能な打ち上げロケット (RLV) でした。そのため、単にアブレーション素材を使用するのではなく、耐久性のある断熱材を組み込んだのです。次に、シャトルの最新の再突入プロセスをさらに詳しく掘り下げていきます。
衛星は地球の軌道上に永遠に留まる必要はありません。古い衛星は時々地球に落下します。大気圏再突入の過酷な条件のため、降下中に激しく燃え尽きる可能性があります。しかし、そのうちのいくつかは落下を生き延びて地表に衝突することができます。制御落下では、技術者が人工衛星の推進システムを操作して、衛星を海のような安全な場所に落下させます。
スペースシャトルの降下
地球再突入は姿勢制御がすべてです。そして、いいえ、これは宇宙飛行士が前向きな姿勢を保つ必要があるという意味ではありません（それは常に役に立ちますが）。むしろ、それは宇宙船が飛行する角度を指します。シャトル降下の概要は次のとおりです。
- 軌道からの離脱: 船をその極端な軌道速度から減速させるために、船は向きを変え、一定期間実際に後方飛行しました。その後、軌道操縦エンジン (OMS) が船を軌道から外して地球に向けて推進します。
- 大気中降下: シャトルは軌道から安全に外れた後、再び機首から向きを変え、鈍い底部による抗力を利用するためにベリーダウンで (ベリーフロップのように) 大気圏に突入しました。コンピューターは機首を約 40 度の迎え角(降下角) まで引き上げました。
- 着陸: 映画「アポロ13 号」をご覧になったことがある方は、宇宙飛行士が指令船で地球に帰還し、海に着陸し、救助隊員が迎えに来ることを覚えているかもしれません。スペースシャトルは見た目も着陸も飛行機によく似ていました。船が十分に低くなると、指揮官がコンピューターを引き継ぎ、シャトルを滑走路に誘導した。滑走路に沿って転がりながらパラシュートを展開して速度を落とした。
地球への旅は熱いものです。アポロ宇宙船に見られるアブレーティブ材料の代わりに、スペースシャトルには再突入熱に耐えられる特殊な耐熱材料と断熱タイルが使用されていました。
- 強化カーボンカーボン (RCC) : この複合材料は、温度が最も高くなる翼のノーズとエッジをカバーしました。 2003年、コロンビア号のRCCは打ち上げ中に損傷し、再突入時に燃え尽き、乗組員7人全員が死亡した。
- 繊維質耐火複合断熱材 (FRCI) : これらの黒色タイルは、より強く、より軽く、より耐熱性があるため、多くの場所で HRSI タイルに取って代わりました。
- 低温再利用可能表面断熱材 (LRSI) : これらのホワイト シリカ タイルは HRSI タイルよりも薄く、さまざまなエリアを最大 1,200 度 F (649 ℃) の温度から保護します。
- Advanced Flexible Reusable Surface Insulation (AFRSI) : シリカガラス生地で作られたこれらの外装ブランケットは、シャトルの前方上部セクションに取り付けられ、最大 1,500 °F (816 °C) の温度に耐えます。長年にわたって、これらはシャトルの LRSI 材料の多くを引き継ぎました。
- フェルト再利用可能表面断熱材 (FRSI) : この素材は最高 700 度 F (371 ℃) の温度に耐え、熱処理された白いノーメックス フェルト (消防士の防護服に使用される素材) で作られています。
宇宙探査によってもたらされる課題について詳しく知りたい場合は、次のリンクをご覧ください。
1986 年のチャレンジャー号事故がシャトルの打ち上げがいかに危険であるかを私たちに思い出させたのと同じように、コロンビア号の事故は大気圏突入がいかに危険であるかを思い出させました。 2003年、スペースシャトル・コロンビア号と乗組員7名が地球へ帰還途中に炎上した。調査の結果、NASAは左翼の損傷（実際には打ち上げ時に発生した）が大気圏再突入時に熱気の侵入を招き、シャトルが制御を失い炎上したことを発見した。
