Uhmm temo di non aver capito…
Se si offre maggiore resistenza le accelerazioni in gioco sono maggiori (rientro balistico) se si offre poca resistenza le decelerazioni sono minori (rientro tradizionale).
Una cosa che però non ho capito… :?
Se durante il rientro “tradizionale” la capsula sviluppa portanza (su questo credo non ci siano dubbi), la portanza è diretta verso l’alto… quindi la decelerazione dovrebbe essere minore, no?
Come fa la portanza che entra in gioco a diminuire la decelerazione anzichè aumentarla?
Sul libro di Rex D. Hall, “Soyuz: A universal spacecraft” ho trovato poco sull’argomento, di interessante ho trovato un disegno, che purtroppo non posso scannerizzare (pag 67 se qualcuno ha il libro). In ogni caso il disegno raffigura il descent module della soyuz inclinato grosso modo a 30 gradi, con segnato l’asse longitudinale, spostato di poco da questo vi è il centro di massa della capsula a una distanza 1/3 L (dove L è la lunghezza del modulo) dallo scudo termico. Sul centro di massa è posta una terna [Xv,Yv,Zv] (inerziale quindi non legata alla capsula, brutalmente Xv va destra e Yv in alto). poco sopra vi è il centro di pressione (sull’asse longitudianle questa volta), sul centro di pressione vi sono vi sono due componenti N concorde e parallela a Yv e T discorde e parallela a Xv. Ovviamente è disegnata la risultante R che dovrebbe essere la risultante delle forze aerodinamiche sulla capsula. Spero si sia capito qualcosa…
E’ quello che dico anch’io, però credo che il rateo di cambiamento di densità dell’aria nei due casi sia differente e maggiore nel rientro balistico, questo dovrebbe provocare delle decelerazioni più forti. Sicuramente poi nel caso di rientro balistico vi è la necessità di far orientare la capsula in modo che le accelerazioni siano dirette non (totalmente) nel verso piedi testa.
Le componenti delle forze aerodinamiche sono sul centro di pressione O2 e vi è una terna sul centro di massa O1. Io ho chiamato la terna su O1 come inerziale. Effettivamente la didascalia dice:
Aerodynamic forces acting on the DM in a body-axis coordinate system: O1 centre of mass, O2 centre of pressure.
Credo che le accelerazioni siano quasi completamente frontali e quasi nulle piedi-testa o testa-piedi perchè molto più sopportabili, quello che non capisco appunto è come facciano a sorgere accelerazioni appunto positive o negative che siano…
Quello descritto è un rientro nominale, giusto?
Io avevo trovato come angolo d’attacco massimo 23° quindi dovrebbe essere abbastanza giusto.
La risultante dove è diretta?
Non c’è nulla che descriva un rientro balistico? Mi basta capire le forze in gioco e l’entità della rotazione imposta.
Credo che in un rientro balistco la capsula (estremizzando un po’ e prendendo l’immagine del sasso che cade) abbia la tendenza ad orientarsi con lo scudo termico, parallelo al terreno, e ciò dovrebbe causare delle decelerazioni dirette piedi testa, sicuramente nella realtà questo non succede, in ogni caso da quello che ho letto la capsula è fatta orientare in modo da avere comunque accelerazioni schiena petto. Nel caso di un rientro controllato la portanza, o il vettore F-lift credo sia orientato in modo non concorde ne parallelo alla forza di decelerazione subita a causa del rientro atmosferico…vado molto a naso…
Purtroppo è un libro alquanto disordinato, e qualche volta alcune informazioni si trovano dove non dovrebbero essere ( o dove non sarebbe logico cercare) inoltre non si addentra mai in super questioni tecniche (descrive i sistemi e sottosistemi). Provo a cercare magari nelle sezioni dove vi sono i racconti dei cosmonauti.
La risultante è diretta “verso sinistra” ( lo so fa schifo come risposta). Se hai un foglio, disegna un abbozzo di capsula inclinata di 23-30 gradi con lo scudo verso Dx, disegna l’asse logitudinale, e poni ad un terzo della lunghezza longitudinale (dallo scudo), spostato dall’asse verso l’alto (di poco) un punto e chiamalo O1 (è il centro di massa). Li poni la terna [Xv,Yv,Zv] con X parallelo alla lungezza del foglio con il verso a Dx,Y parallelo all’altezza del foglio, “verso l’alto” (…) Z è di conseguenza. Sull’asse longitudinale grosso modo al centro (anche più su) vi è O2, T parte da O2 diretta in maniera discorde e parallela da X (verso sx), N molto piccola rispetto a T parte dall’estremita di T parallela e concorde a Yv, R ( data dalla composizione di T ed N) quindi è diretta verso sx verso l’alto di qualche grado.
Si è vero ho detto una cavolata…In ogni caso in un rientro balistico comunque non può venire giù “parallela al suolo”,e se è vero che devono fare un po’ di attitude per non avere accelerazioni piedi testa, deve avere una inclinazione “intermedia” (tra “l’deale” sasso e il rientro controllato) che fa risultare componenti forti di decelerazioni piedi testa.
Per quanto riguarda un rientro nominale ho trovato questo, lo scrivo in inglese per evitare errori di traduzione:
As the descent module descends, it's shape provides a degree of lift sufficient to decrease loading to 3-4 g.if the angle were to be too steep, the much higher loads woul became unbearable for cosmonauts, and the vehicle would be destroyed in atmosphere [...] .The centre of mass is offset in the base of the vehicle and centralized it as it slips through the atmosphere, dropping like a stone [? ndR] [...]
Ok chiarissimo, il disegno… ma poco chiaro quello che c’è rappresentato, cioè la risultante non dovrebbe essere ruotata di 90° in senso orario rispetto a quella che hai descritto?
Il flusso o la velocità è diretta dal basso all’alto nel disegno che hai descritto, no?
Mi ero dimenticato il “particolare”, il flusso è diretto da destra a sinistra…praticamente discorde e parallelo a Xv.
Adesso che ci penso io ho chiamato R la risultante delle forze (sono abituato a chiamarla così) ma non so se può essere anche N . Il disegno è corredato dalla seguente didascalia “Aerodynamic force acting on the DM in a body-axis coordinate system…”
Evito di inerpicarmi per formule e vettori, ma aggiungo altri due elementi:
La rotazione della capsula intorno all’asse verticale, non potrebbe servire semplicemente a distribuire uniformemente il calore sullo scudo termico durante il rientro?
Leggendo alcuni articoli sul rientro delle testate balistiche ho dedotto: ma se durante il rientro faccio in modo che la capsula incontri gli strati più alti (e meno densi) dell’atmosfera con l’assetto a maggiore resistenza, non ottengo una decelerazione maggiore ma graduale, senza stress eccessivi per struttura ed occupanti, permettendomi di penetrare gli starti più densi a velocità inferiore? In altre parole: strati superiori=>assetto a maggiore resistenza che mi consente di decelerare gradualmente senza eccessivi “picchi” di forza G; strati inferiori=>assetto controllato per bilanciare decelerazione e forza G.
Si, credo comunque ci siano delle incongruenze di fondo nell’articolo iniziale che arriva a sua volta da un’agenzia russa che non è affatto specializzata, il rapporto ufficiale non è ancora uscito, e quello che è stato detto è stato raccolto da un giornalista di prima mano ad un convegno e non da un comunicato stampa. Credo quindi che sia da prendere molto con le molle la spiegazione dell’articolo che ho riportato… per cui se troviamo delle spiegazioni tecniche a come avviene il rientro balistico tutto di guadagnato ma direi di basarsi poco sull’articolo di partenza.
I punti fermi che sono riuscito a racimolare in giro (c’è veramente poco) sono che la rotazione alla capsula viene imposta per stabilizzarla, in un rientro nominale l’angolo d’attacco è al massimo di 23° e grazie alla portanza la traiettoria è meno profonda e quindi permette minori decelerazioni rispetto ad un rientro balistico.
Tutta la spiegazione sulle accelerazioni negative detta come l’ho trovata non sta in piedi per cui credo che si siano fatti dei copia-incolla con nozioni sparse che il giornalista ha mischiato inconsapevolmente.
Se qualcuno trova qualche ulteriore info ben venga, per ora questo è quello che c’è di certo sul rientro delle Soyuz.
Se un corpo ruota “si stabilizza” pensa per esempio alla trottola, credo che la rotazione vi sia soprattutto per questo.
Credo che sia più o meno quello che dico io, ma per un rientro normale, nel rientro balistico non dovrebbe succedere quello che hai detto ma quasi l’opposto, cioè che la capsula incontra gli strati più densi di atmosfera con una velocità maggiore che nel caso di rientro nominale.
Però la velocità di rotazione (si parlava di 2 giri al minuto?) mi pare un pò troppo lenta per avere questo effetto stabilizzante.
E’ esattamente quello che pensavo io, ma ho trovato dei riferimenti su un post di sci.space.history (riferito alla capsula Apollo) che, se esatti, spiegano meglio e, in parte, correggono quanto detto:
[...] The capsule reenters at an angle, necessarily so to get some lift and hence achieve both a gentler reentry and a controlled one. [...] The thing has lift (sideways force) because the nearly-flat base is tilted; [...] (The designers would have preferred a greater tilt for more lift, in fact, but it was awkward to shift the center of mass as far as they wanted.) [...] [b]The major importance of the lift, for a LEO reentry, is holding the capsule up in thinner air longer, for more gradual deceleration and reduced G-forces.[/b] [...] It's impractical to create the tilt by firing thrusters constantly; it has to be done with aerodynamics and center-of-mass position. So a given design is indeed going to have a fixed tilt with respect to its velocity vector, with the same point on the base's rim always the leading edge. (Rotation *around* the velocity vector is cheap, and that's how you control the thing during reentry.) [...]
La trottola ruota a grande velocità date le ridotte dimensioni, più è grande la trottola più la velocità (o i giri al minuto se preferisci) dovrebbe essere minore. Ho un po’ paura ad addentrarmi nella parte prettamente scientifica ed analitica di un corpo in rotazione perchè purtroppo mi manca meccanica razionale (materia che spiega in maniera dettagliata tutte queste cose). Non dovrebbe essere troppo sbagliato quello che ho detto, ad ogni modo se hai una sedia girevole e due pesetti, “mettiti in rotazione” tenendo i pesetti con le mani sul petto, poi allarga le braccia (sempre con i pesetti in mano) e dovresti sperimentare una diminuzione di velocità angolare. E’ un esperimento/dimostrazione che ho visto fare a Margherita Hack, ma attento perche lei quasi si schiantava al suolo! Per il resto credo che più o meno ci siamo avvicinati alla soluzione…no?
Si, questo è un esperimento molto noto (e, piuttosto che sperimentarlo io, preferisco ammirare Caroline Kostner che lo mette in pratica sul ghiaccio…). E questa citazione dal precedente link (che mi sono dimenticato di evidenziare):
[b]Rotation *around* the velocity vector is cheap, and that's how you control the thing during reentry[/b]
ti dà senz’altro ragione. Non escluderei comunque anche la funzione di distribuire uniformemente il calore, una specie di “barbecue mode” portato all’estremo.
Certo sarebbe bello trovare un testo/sito con tutte queste cose spiegate per bene, in modo organico e con linguaggio comprensibile anche ai non-accademici come me.
Non è una terna aerodinamica?