Le capsule che effettuano i rientri, hanno forme piuttosto appiattite, perché contrariamente a quanto sembrerebbe intuitivo, tanto maggiore è l’attrito tanto minore è il surriscaldamento, questo perché l’aria che viene respinta, invece di scivolare via surriscaldando lo scafo, forma una specie di cuscino su cui impatta la nuova aria, proteggendo così lo scudo termico sottostante.
Data questa premessa, avrei un piccolo questito da sottoporre agli esperti: poiché al momento dell’impatto l’aria si ionizza, sarebbe concettualmente possibile respingerla mediante uno specchio magnetico, impedendole di venire a contatto con lo scafo, se un domani esisteranno superconduttori a temperatura ambiente leggeri e poco costosi?
Pensavo per esempio allo scudo termico d’una capsula, con sotto una serie di spire circolari simili a quella degli ugelli magnetici. L’aria che impatta sullo scudo termico si ionizza e viene deflessa dal campo magnetico formando una barriera protettiva di plasma distanziata dallo scudo.
E se un simile dispositivo funzionasse, sarebbe possibile, naturalmente con le opportune modifiche, utilizzarlo per proteggere il muso d’uno scramjet, consentendogli magari di acquisire velocità orbitali nell’atmosfera senza pericolo di surriscaldamento?
Uhmm ma se l’aria non viene a contatto con lo scudo non si scalda e se non si scalda non si ionizza e se non si ionizza non viene “respinta” ma se non viene respinta allora si scalda e se si scalda… sicuro che questa cosa possa funzionare?
A parte gli scherzi, il calore hai comunque bisogno di generarlo, perchè significa che stai perdendo energia cinetica trasformandola in termica con uno “scudo elettromagnetico” perderesti credo molto attrito e senza attrito perdi meno energia vanificando lo sforzo… sapendo che comunque una dose di energia tu la devi smaltire credo che da qualche parte debba essere dispersa e se lo scudo non si scalda significa che l’energia non la perdi… e quindi “respingendo” l’aria ionizzata impedisci lo smaltimento… credo… forse c’è qualcuno più esperto… non sono assolutamente convinto ne che possa funzionare ne che il motivo per cui non funzioni possa essere questo…
e se questo ipotetico scudo lo si attivasse ad intermittenza cioè solo quando l’ aria durante l’ attrito raggiungerebbe la temperatura limite per poi disattivarlo appena si raffredda e riattivarlo di nuovo a temperatura eccessiva e così via?
però ammesso che un domani fosse possibile costruire una cosa del genere il vantaggio quale sarebbe?
solo di rientrare più velocemente a terra senza danni?
Beh, se non si vuole che l’aria faccia attrito con la capsula, perche’ non fare capsule appuntite?
Cosa importa se poi si colpisce il terreno a 7 km/s
L’attrito è necessario per rallentare, come ha detto Alberto.
Se ci fosse un modo per rallentare in un altra maniera (una spinta contraria al vettore di moto?) non ci sarebbe il problema dell’attrito e lo scudo magnetico sarebbe comunque inutile.
Inoltre questo
contrariamente a quanto sembrerebbe intuitivo, tanto maggiore è l'attrito tanto minore è il surriscaldamento, questo perché l'aria che viene respinta, invece di scivolare via surriscaldando lo scafo, forma una specie di cuscino su cui impatta la nuova aria, proteggendo così lo scudo termico sottostante.
"Nel 1952 H. Julian Allen e Alfred J. Eggers del National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) scoprirono a sorpresa che un corpo tozzo (blunt body) era la forma più efficiente per uno scudo termico. Essi dimostrarono che il calore generato sul veicolo era inversamente proporzionale al coefficiente di resistenza (drag coefficient), ovvero maggiore è questo coefficiente e minore è il calore. Attraverso questa forma, l’onda d’urto e lo shock layer sono spinti lontano dalla parete esterna del veicolo. Siccome la maggior parte dei gas caldi non entrano in contatto diretto, l’energia del calore resta racchiusa nel gas e si muove attorno al veicolo per dissiparsi in seguito nell’atmosfera.
La scoperta di Allen e Eggers, anche se inizialmente venne trattata come un segreto militare, fu pubblicata nel 1958. La teoria del corpo tozzo rendeva possibile il progetto degli scudi termici impiegati per le capsule nei programmi Mercury, Gemini e Apollo, garantendo agli astronauti la sopravvivenza durante il rientro atmosferico terrestre."
Forse mi sono spiegato male, l’attrito ci sarebbe lo stesso, ma avverrebbe tra l’aria in arrivo e un fronte d’onda di plasma che però lo specchio magnetico terrebbe distanziato dallo scudo termico della nave. In questo caso l’energia cinetica andrebbe dissipata sotto forma di calore ionizzando l’aria in entrata, ma poiché il plasma non viene a contatto con lo scafo il trasferimento di calore alla capsula avverrebbe solo per irraggiamento e sarebbe molto più limitato.
Ok, però questo vorrebbe dire che il tuo scudo avrebbe bisogno di molto più tempo per dissipare la quota di energia richiesta visto che non puoi dissiparla per conduzione, no?
Però il discorso sopra non mi torna… forse però mi sfugge qualche cosa (possibilissimo)…
Tu l’energia hai bisogno di “trasferirla” dal veicolo all’aria, normalmente usi lo scudo termico che per attrito trasmette energia all’aria la quale si scalda e quindi ionizza.
Qui però se ho ben capito terresti l’aria ionizzata separata dallo scudo, ma se la tieni separata come farebbe a scaldarsi e di conseguenza ionizzarsi e a sua volta lo scudo ad irraggiare energia?
Secondo me hai comunque bisogno di uno scudo termico, per arrivare alla ionizzazione dell’aria devi per forza raggiungere quelle temperature per attrito… e a quel punto lo scudo è indispensabile… poi in un secondo momento metti che possa entrare in funzione questo sistema, così a spanne direi che “respingendo” l’aria ionizzata, a quel punto mancando la conduzione (ma fra scudo e aria ionizzata cosa ci sarebbe?) con la sola energia irraggiata non credo possa l’aria “rimanere” ionizzata per cui tornerebbe a essere normale, ma nello stesso momento la repulsione non funzionerebbe più e lo scudo ricomincerebbe a scaldarsi fino a ritornare ad avere temperature in grado di ionizzare l’aria e continuando con un ciclio simile…
Ammetto che nella cosa ci ho ragionato solo 5 minuti e probabilmente mi sarà sfuggito qualche cosa e probabilmente non è così banale la cosa… però a me viene in mente un’evoluzione di questo tipo…
ma infine il vantaggio quale sarebbe? pochi minuti in meno per rientrare a terra? considerando sempre che al momento dell’ impatto la velocità, onde evitare la distruzione del velivolo, dovrebbe essere ridottissima. e poi non potrebbe essere di più soggetto a guasti e malfunzionamenti in confronto ad un normale scudo termico?
Vediamo un po se ci capisco qualcosa…
Al rientro viene attivato il dispositivo, l’aria comincia a riscaldarsi, si forma il plasma che viene respinto e tenuto a distanza dallo scudo termico.
L’aria tra il plasma e lo scudo termico, caldissima, appena tende a diventare plasma viene respinta nel plasma che continua a formarsi.
In pratica creeresti un fronte di plasma, uno scudo termico fatto di plasma…
In base alla mia ignoranza potrebbe tornare, o almeno mi piacerebbe se potesse essere vero! 8-[
Alcuni dubbi:
L’aria che si trasforma in plasma e che viene respinta, ne richiamerebbe altra, ma da dove? Potrebbe creare una instabilità aerodinamica?
Un campo magnetico potrebbe essere cosi forte da resistere ed opporsi all’enorme pressione del plasma?
Stop, fermandoci qui, tu fino al momento appena prima che l’aria inizi a ionizzarsi hai comunque bisogno di uno scudo termico perchè un semplice metallo non può sopportare il calore dato dall’aria, anche se non è ancora ionizzata (ma nelle vicinanze)… credo che il dorso dello shuttle sia vicino a questa condizione… quindi forse tanto vale utilizzarlo per tutto il rientro…
Volendo fare i “fini” credo che anche l’eventuale transitorio non sia da trascurare… l’aria non si ionizza istantaneamente su tutto lo scudo, ma ci saranno prima piccole zone poi via via sempre maggiori di aria ionizzata… per cui lo “scudo magnetico” respingerà inizialmente solo queste piccole zone ma non tutto il “fronte” provocando qualche cosa difficile da prevedere probabilmente molto vicino all’instabilità e alla caoticità del flusso…
Infatti parlavo di aria tra il fronte del plasma e lo scudo termico, proprio perchè, ritengo che in ogni caso una protezione adeguata serva, anche solo in caso di malfunzionamento del dispositivo magnetico.
Infatti il mio dubbio è molto simile a quanto dici, difficile, almeno per noi, valutare flussi, dinamica, ed eventuali… #-o
Ma ammettiamo pure, per ipotesi, che si generi un flusso “regolare” di aria che trasformandosi in plasma si allontani dallo scudo termico!
La “materia” in allontanamento ne richiamerebbe altra ma da dove?
L’unica possibilità è un flusso, dall’interno più freddo della scia ionizzata!
Ovvio che per le mie cognizioni (limitatissime) forse dico delle fesserie, ma il mio dubbio oltre agli altri che avete detto fin qui, è proprio legato a questo
inevitabile flusso che, se da un lato può raffreddare limitatamente lo scudo, dall’altro potrebbe dare effetti difficilmente prevedibili.
E qui mi fermo…
Continuerò a leggervi perché la cosa è interessante ma credo di poter aggiungere ben poco a riguardo.
Ultima idea, non vi sembra che un dispositivo simile finirebbe per funzionare più da retrorazzo che da scudo termico? :-#
Anche se non c’è contatto, il fronte di plasma che fa attrito con l’aria è accoppiato meccanicamente alle spire dello scudo magnetico. Ciò che manca è solo il contatto, un po’ come l’ugello magnetico dei propulsori a plasma dove il plasma che si espande ad altissima temperatura, non viene mai a contatto con le pareti anche se trasmette il suo momento alle spire.
Si potrebbe ancher immaginare qualcosa del genere, che funzioni magari in modo pulsante: la nave accelera, crea un’onda di aria ionizzata che viene deflessa dalle spire rallentando la capsula, che poi riprende ad accelerare creando una nuova onda…
Chissa se configurando opportunamente l’intensità del campo e la forma dello scafo potremmo avere dei rientri più morbidi?
O magari rientri a 20 km/s su veicoli unmanned superveloci di ritorno da Marte o zone lagrangiane che devono riportare carichi particolari…
Bè, se fosse tecnologia possibile, si potrebbe pensare anche a velivoli ipersonici suborbitali per tratte intercontinentali: limitando il surriscaldamento, ma soprattutto diminuendo l’attrito atmosferico, i costi scenderebbero…
Ragazzi, vi sto seguendo per quanto posso… :rolleyes:
Guardate cosa ho trovato a pp. 404 di “The dream Machines” di R. Miller:
1958 - “A drag brake is developed by Avco Research Laboratory. It is a spherical cabin attached to a large loop, rather like the jewel on a ring. The craft’s motion through the air upon reentry creates an electric current over the surface of the loop. Inside, a magnetic field is artificially generated. The generated current “collides” with the magnetic field, solowing down the ship”
(Un freno a resistenza viene sviluppato da A.R.L… E’ una cabina sferica connessa ad un grande cerchio, analogamente ad una gemma su di un anello. Il moto dello scafo attraverso l’aria durante il rientro genera una corrente elettrica sulla superficie del cerchio. All’interno, viene creato artificialmente un campo magnetico. La corrente generata “si scontra” con il campo magnetico, rallentando la nave")
Ci azzecca con gli ultimi sviluppi dell’idea di Quaoar?
Penso di si: io pensavo a un campo magnetico generato a bordo. In questo caso invece il campo verrebbe indotto direttamente dalla corrente di plasma generata dal moto della nave… Sembra molto interessante e forse con la tecnologia attuale anche più fattibile.
Dico la mia, per quello che vale.
Fin tanto che l’aria non impatta lo scafo, non si ha aria ionizzata.
L’aria impatta, si ionizza, e viene spinta indietro. Però intanto il nostro veicolo continua ad avanzare, quindi nuova aria fresca attraversa l’aria ionizzata ed impatta contro lo scudo, formando altra aria ionizzata, che però và a mischiarsi con l’aria fredda in arrivo… ho la sensazione che davanti allo scudo termico si formi uno strato d’aria turbolenta per il mischiarsi di plasma ed aria fresca. Ho la sensazione che il nostro veicolo cadrebbe anche più velocemente. Addirittura si formerebbe un muro d’aria ionizzata che sotto la pressione dell’aria fredda tornerebbe in contatto con lo scudo e contemporaneamente si raffredderebbe.
Non mi convince e poi il veicolo dovrebbe portarsi appresso un potente generatore d’energia ed al momento il veicolo, più è leggero meglio è.
Diciamo che all’inizio l’aria si ionizza impattando sul veicolo, poi l’aria ionizzata dovrebbe formare una barriera su cui impatta l’aria fresca ionizzandosi a sua volta. Ovviamente non è detto che funzioni perché un flusso molto intenso potrebbe disgregare la bolla magnetica esponendo la nave, ma forse dando al campo la forma opportuna (toria del "blunt body) si potrebbe minimizzare questo effetto.
Per il campo si potrebbero usare gli stessi magneti superconduttori utilizzati dagli ugelli e dallo scudo per i raggi cosmici, il ché consentirebbe di minimizzare i pesi. Ovviamente stiamo ipotizzando tecnologia future, che magari vedranno i nostri nipoti e sono perfettamente cosncio che
al momento la soluzione più pratica, leggera e affidabile sia un bello scudo termico.
