Tieteen kuvalehden "Kysy meiltä"-palstalla lehden asiantuntijat vastaavat monisanaisesti kysymykseen, miksi avaruuskapselit ei eivät hiljennä vauhtiaan jarruraketeilla palatessaan avaruudesta maan pinnalle, ks.
http://tieku.fi/kysy-meilta/kyyti-maahan-on-aina-kuuma-ja-kuoppainen
Jäin ihmettelemään, miksi heidän vastauksensa ei sisällä kaikkein oleellisinta asiaa:
-liikkuvan kappaleen pysäyttäminen vaatii täsmälleen saman verran energiaa massayksikköä kohti, kuin sen liikkeelle saaminenkin ja
-kappaleen tuominen 'pehmeästi' alas painovoimakentässä vaatii massayksikköä kohti saman verran energiaa kuin sen nostaminenkin.
http://tieku.fi/kysy-meilta/kyyti-maahan-on-aina-kuuma-ja-kuoppainen
Jäin ihmettelemään, miksi heidän vastauksensa ei sisällä kaikkein oleellisinta asiaa:
-liikkuvan kappaleen pysäyttäminen vaatii täsmälleen saman verran energiaa massayksikköä kohti, kuin sen liikkeelle saaminenkin ja
-kappaleen tuominen 'pehmeästi' alas painovoimakentässä vaatii massayksikköä kohti saman verran energiaa kuin sen nostaminenkin.
Vastaukset 8
Vanhimmat
Kyllähän se siinä epäsuorasti sanottiin (eli jarruraketeilla jarruttaminen vaatisi niin paljon polttoainetta, ettei sitä pystyttäisi avaruuteen kuljettamaan...).
Raketin polttoainetarvetta voidaan arvioida Tsiolkovskin yhtälön avulla; siinä raketin vopeuden muutos saadaa kaavasta:
vi * ln(m0/m1)
missä vi on palokaasujen aikaansaama ominaisimpulssi, m0 on lähtöpaino m1 on paino kiihdytysvaiheen lopussa. Ominaisimpulssi on polttoainetyypistä riippuen 3-4,5 km/s. Jos mennään maata kiertävälle radalle, nähdään että tarvittavan polttoaineen massa on noin 10-kertainen hyötymassaan nähden. Jos haluttaisiin tehdä laskeutuminen rakettimoottoreita käyttämällä, olisi tarvittava polttoainemäärä suunnilleen 100-kertainen hyötymassaan nähden. Siitä noin 90 % käytettäisiin nousussa ja 10 % laskussa.
Tästäpä tuleekin mieleen mielenkiintoinen kysymys.
Vertaillaan kahta tilannetta:
Tilanne A:
Avaruusalus, jonka oma massa ilman polttoainetta on m_0 on maan pinnalla levossa. Siihen tankataan juuri ja juuri sen nostamiseen kiertoradalle tarvittava polttoainemäärä m_1.
Tilanne B:
Avaruusalus, jonka massa on sama m_0, kuin kohdassa A, on kiertoradalla ja siinä on juuri ja juuri pehmeään laskeutumiseen rakettien avulla tarvittava määrä polttoainetta m_2.
Onko m_1=m_2?
Käsittääkseni ovat lähellä toisiaan. Erona on mm. se että lähdettäessä suuri osa kiihdytyksestä tapahtuu ilmakehässä kun taas palatessa suuri osa jarrutuksesta tapahtuu tyhjiössä tai hyvin harvassa ilmassa.Lähdössä ilmakehä heikentää kiihdytystä kun taas palatessa imakehä edistää jarrutusta.
Mitenkäs selittäisit sen eron, että tilanteessa A on alhaalla levossa iso massa m_0 m_!, mutta ylhäällä kiertoradalla pieni m_0, kun taas tilanteessa B on ensin ylhäälla kiertoradalla iso massa m_0 m_2, mutta sitten alhaalla maan pinnalla pieni m_0?
Molemmissa tapauksissa täytyy saada aikaan tietyn suuruinen nopeudenmuutos, maan kiertoradan tapauksessa noin 8 km/s. Joten ei siinä ole periaatteellista eroa, tuon maan ilmakehän vaikutus vaan ei ole symmetrinen noissa kahdessa tapauksessa.
Ei mene noin.. suurin kiihdytys tapahtuu lähiavaruudessa, Ilmakehän ulkopuolella
Äänennopeus ylittynee noin 6-7km korkeudessa ja maksimi paine joka ilmakehä aiheuttaa noin 12km korkeudessa. ja sen jälkeen ilman vastus pienenee vaikka nopeus kiihtyy koko ajan. Maksimi paine kohdan jälkeen tehot pannaan täysille noin 16km korkeudessa. ja loppu kiihdytys tapahtuu koko ajan pienenevässä ilmanvastuksessa. Apuraketit irtoaa noin 35km korkeudessa tai hieman ylempänä ja nopeus ei ole vielä kuin noin 4 Mach. Joten suurin osaa kiihdytyksesta tapahtuu ilmakehän ulkopuolella. 100km korkeudessa nopeus on jo 17-18 Mach jne.
Ilmakehä jarruttaa vauhdin ilmaiseksi.. ei tarvitse käyttää polttoainetta.. Kunhan suojaa aluksen kitkan kuumuudelta ja voimilta.
Kuten useat vastaukset ketjussa totesi.
Tärkein syy: paluukapselista tulee huomattavasti kevyempi, kun jarrutukseen käytetään lmakehän kitkaa eikä jarruraketteja, jotka edellyttäisivät polttoaineen varastoimista koko matkan ajan!!!