Колекция заблуди: Навлизащият в атмосферата космически кораб се нагрява от триенето с въздуха

Има ето такива разминаващи се съждения, които, от една страна, не са много далече от истината, но от друга – невярно отразяват същината на явлението.

Да, при навлизане в плътните слоеве на атмосферата обшивката на космическия кораб започва да се нагрява, и то така, че ако не беше термоизолацията, тя неминуемо би се разрушила.

Както често се разрушават например, без да долетят до повърхността на Земята, метеорните тела.

И разбира се, главна причина за нагряването е срещата на носещия се със свръхзвукова скорост обект с достатъчно плътната газова среда. При това дори в научнопопулярната литература се налага да се среща твърдението, че всичко опира до триенето с въздуха. А ето това вече не е истина.

Триене с въздуха, разбира се, има, и при това се отделя известно количество топлина, но това, което кара да се топи обшивката на спускаемия апарат и да се взривяват летящите към Земята болиди, е друг физически процес, наричан аеродинамично нагряване.

Както е известно, пред движещото се в газ със свръхзвукова скорост тяло се формира ударна вълна – тънка преходна област, в която протича рязко, скокообразно увеличение на плътността, налягането и скоростта на веществото.

Естествено, при повишаване на налягането на газа той се нагрява – рязко увеличаване на налягането води до бързо повишаване на температурата. Вторият фактор – тоест аеродинамичното нагряване – става забавянето на молекулите газ в тънкия слой, лягащ непосредствено върху повърхността на движещия се обект. Енергията на хаотичното движение на молекулите нараства и температурата отново расте.

А вече горещият газ нагрява и самото движещо се със свръхзвукова скорост тяло, тъй като топлината се пренася както с помощта на топлопроводимостта, така и с помощта на излъчването. Вярно е, че излъчването на молекулите газ започва да играе значителна роля при много високи скорости, например втора космическа.

С проблема на аеродинамичното нагряване се налага да се сблъскват не само конструкторите на космически кораби, но и разработчиците на свръхзвукови летателни апарати – тези, които никога не напускат атмосферата.

Известно е, че конструкторите на първите в света свръхзвукови пътнически самолети – Concorde и Ту-144 – са били принудени да се откажат от идеята да накарат своите самолети да летях със скорост 3 Мах (наложило се да се задоволят със „скромните“ 2,3).

Причината – аеродинамичното нагряване. При такава скорост то би нагряло обшивката на лайнерите до такива температури, които вече можело да не се отразят на здравината на алуминиевите конструкции.

Замяната на алуминия с титан или специална стомана (както във военните проекти) било невъзможно по икономически съображения.