Se sei interessato a una spiegazione più visiva e meno tecnica del rientro e dell'atterraggio dello Space Shuttle, ho tenuto una conferenza dal titolo Come far atterrare lo Space Shuttle ... dallo spazio al meetup di Stack Overflow nell'ottobre 2016.

Non ho notato questa domanda fino a un paio di giorni fa, ma come qualcuno con una malsana ossessione per nello specifico le fasi di ingresso e atterraggio dei voli navetta, posso dire che ci sono molte informazioni effettivamente errate nelle altre risposte qui. Fammi vedere se riesco a spiegarlo meglio.

Innanzitutto, le due semplici domande, a cui hanno risposto bene altre domande, ma le includerò anche qui per completezza:

• La navetta potrebbe effettuare un riattaccata? No. I motori OMS sono troppo deboli per fare la differenza nell'atmosfera e i motori principali (che sarebbero abbastanza potente) sono alimentati solo dal serbatoio esterno arancione che viene gettato in mare dopo il lancio.
• Dove è atterrato? 78 missioni sono atterrate al Kennedy Space Center, 54 (inclusa la prima ) presso Edwards Air Force Base e 1 presso White Sands. C'erano altri siti di atterraggio designati per le emergenze, ma nessuno è mai stato utilizzato.

Ora, per la questione davvero di come la navetta fosse rientrata ed atterrata.

La fonte principale che citerò in questa risposta è la Guida all'entrata, TAEM e guida all'approccio / atterraggio 21002 , che era una cartella di lavoro usata per addestrare gli astronauti. Purtroppo, non ho un collegamento ad esso, ma può essere ottenuto da nasaspaceflight.com tramite un abbonamento L2 se sei veramente interessato. Abbrevierò questa fonte come ETAGW.

Meccanica orbitale

Primo, una lezione molto rapida di meccanica orbitale. Per modificare l'altitudine della tua orbita, devi modificare la velocità ($ \ Delta v $). Se aumenti la velocità, aumenterai l'altitudine e se diminuisci la velocità, diminuirai l'altitudine. Tuttavia, questo effetto è più pronunciato a 180 ° dalla posizione in cui è stata apportata la modifica. Dopo un'orbita completa di 360 °, ti troverai approssimativamente alla stessa altitudine da cui sei partito.

Questo illustra l'effetto:

Partendo dall'orbita circolare (nera), se rallenti nel punto A, potresti finire con qualcosa come l'orbita rossa, e se acceleri potresti finire con qualcosa come l'orbita blu.

Deorbit Burn

A causa della natura della meccanica orbitale, come descritto sopra, si desidera eseguire la manovra di deorbit sul lato opposto del pianeta rispetto al luogo di atterraggio previsto. Ciò si è verificato tipicamente sull'Oceano Indiano per un atterraggio al Kennedy Space Center in Florida.

L'ustione stessa è stata eseguita con la coda volante della navetta prima e il lato bianco (superiore) rivolto verso la Terra (scudo termico / nero lato rivolto verso lo spazio). I due motori OMS (sistema di manovra orbitale) sono stati utilizzati per realizzare il $ \ Delta v $ richiesto (ovunque tra 200 e 550 piedi / sec a seconda dell'altitudine di partenza). L'ustione richiedeva tipicamente da 2,5 a 3 minuti. Ciò abbasserebbe il perigeo (punto più basso in un'orbita attorno alla Terra) entro poche miglia dal suolo (avendo difficoltà a trovare una fonte, ma mi sembra di ricordare che si trova a circa 30-40 miglia), il che era sufficiente per garantire il percorso orbitale li porterebbe in un'atmosfera densa.

^{Fonte immagine}

I motori OMS sono essenzialmente versioni più grandi dei jet RCS (sistema di controllo della reazione). I getti RCS sono stati utilizzati per i cambiamenti di rotazione (assetto) e piccola traslazione (velocità in una data direzione). Gli OMS sono stati utilizzati per apportare modifiche orbitali.

Entrambi i sistemi hanno bruciato la stessa miscela ipergolica (monometilidrazina (MMH) e tetrossido di diazoto (N2O4)). Se l'OMS avesse fallito, i jet RCS avrebbero potuto, in teoria, essere utilizzati per rallentare lo shuttle abbastanza per il rientro.

Nose Flip

Alcune risposte hanno detto che l'orbiter avrebbe beccato giù 140 ° per il ribaltamento. Questo non è corretto. Dopo che la manovra di deorbit è stata completata, l'orbiter si inclinava su di circa 220 ° fino a raggiungere un angolo di attacco di 40 ° (indicato come "atteggiamento EI -5" perché devono essere in quell'atteggiamento almeno cinque minuti prima dell'interfaccia di ingresso).

Hanno circa 20 minuti tra l'ustione da deorbit e l'EI-5, quindi c'è tutto il tempo per lanciare in entrambe le direzioni. Probabilmente era preferibile il muso in alto perché le prese d'aria di scarico dell ' APU sono rivolte verso l'alto vicino alla coda. Ciò fa naturalmente sì che l'orbiter voglia alzarsi quando le APU sono in funzione.

Durante questo pitch-up, sparerebbero i jet RCS avanti per scaricare tutto il carburante in avanti, a meno che non fosse richiesto per ragioni di baricentro. I jet RCS anteriori non sono stati utilizzati durante il rientro e scaricare il carburante riduce i potenziali pericoli per gli astronauti.

Una volta in posizione, inizierebbe la guida di ingresso ad anello aperto, mantenendo l'orbiter a 0 ° di rollio (ali livello), 0 ° di imbardata e angolo di attacco di 40 ° (alfa).

Interfaccia di ingresso

La NASA definisce l'interfaccia di ingresso (EI) come un'altitudine di 400.000 piedi. Non c'è un limite duro nell'atmosfera, ma è intorno all'altitudine in cui i suoi effetti iniziano a diventare direttamente rilevabili.

Virate a S

Alcune risposte hanno affermato che lo shuttle usava S -gira allo scopo di rallentare. Questa è una spiegazione molto comune, ma eccessivamente semplificata e probabilmente imprecisa.

"La prossima volta che senti qualcuno parlare della navetta che esegue inversioni di rollio per scaricare l'energia, non ascoltare. La navetta esegue inversioni di rollio perché ha un inviluppo alfa molto piccolo. " - ETAGW 2.8.1 (l'enfasi è dalla fonte originale)

Come con qualsiasi aereo, le ali dello shuttle generano portanza. Man mano che l'atmosfera diventa più densa, le ali genereranno più portanza e questa portanza verso l'alto farà rallentare la velocità di discesa. In effetti, se la navetta avesse mantenuto l'assetto a livello delle ali, alla fine avrebbe iniziato a guadagnare quota facendola "saltare" attraverso l'atmosfera diverse volte finché non fosse abbastanza lenta da cadere. E anche se tecnicamente sarebbe possibile saltare il rientro, sarebbe molto difficile controllarlo con precisione.

Quindi, invece, quando la velocità decente inizia a rallentare, lo shuttle va in banca. Controllando l'angolo di inclinazione, sono in grado di controllare la portanza verso l'alto generata dalle ali e, per estensione, controllare la loro velocità di discesa.

^{ETAGW Figura 2-5 che illustra il vettore dell'ascensore.}

Oppure, con il vettore dell'ascensore puntato lateralmente anziché verso l'alto, lo shuttle inizierà girare. A causa dell'incredibile velocità, il raggio di virata è enorme, ma gira comunque gradualmente e l'orbiter sviluppa un errore azimutale (la differenza tra la direzione corrente dell'orbiter e la direzione verso il sito di atterraggio).

^{ETAGW Figura 2-3 che illustra l'errore di azimut.}

Per correggere questo errore di azimut ($ \ Delta z $), l'orbiter esegue "inversioni di rollio". In altre parole, gira nell'altra direzione. Queste svolte creano il caratteristico percorso di rientro della svolta a S.

La prima inversione avviene sempre a 10,5 ° $ \ Delta z $. Successive inversioni si verificano a 17,5 ° fino a Mach 4, quando inizia a scendere a 10 ° a Mach 3.

Nota: tutti i numeri di mach dati ovunque in questa risposta, o citati ovunque nei materiali dello Space Shuttle, non sono veri numeri di mach. La NASA usa 1000 piedi / sec come approssimazione di Mach 1, e tutti i numeri di Mach sono multipli di quella velocità.

Distanza

Ovviamente, l'obiettivo finale del rientro è per raggiungere la pista prevista a una velocità appropriata per l'atterraggio. Sebbene l'orbiter non abbia alcun motore per aiutare a raggiungere questo obiettivo, ha un'enorme quantità di energia orbitale. Pertanto l'obiettivo diventa la gestione dell'energia e, più specificamente, la gestione della resistenza.

L'orbiter ha due modi per influenzare la resistenza durante l'ingresso: cambiare l'angolo di attacco (alfa) e cambiare l'angolo di inclinazione.

L'angolo di attacco è il modo più rapido per aumentare o diminuire la resistenza, ma all'orbiter era consentito solo deviare di ± 3 ° dall'alfa nominale (40 ° per la maggior parte dell'entrata). Questa è la "busta alfa molto piccola" a cui si fa riferimento in precedenza. La limitazione è progettata per garantire un'adeguata protezione dal calore e mantenere il controllo del veicolo.

La modifica dell'angolo di inclinazione, come descritto sopra, consente di controllare la velocità di discesa. Un angolo di inclinazione più ripido comporterà il raggiungimento di un'aria più densa più velocemente e quindi si tradurrà in una maggiore resistenza. Un angolo di inclinazione inferiore manterrà l'orbiter nell'aria più rarefatta più a lungo e si tradurrà in una minore resistenza. Tuttavia, è necessario un po 'più di tempo per vedere l'effetto di un cambio di banco rispetto a un cambio di alfa.

Ci sono anche limitazioni dell'angolo di inclinazione perché, ancora una volta, non vuoi saltare fuori dall'atmosfera e non vuoi cadere nell'aria densa così velocemente da superare la resistenza massima che il veicolo può sopportare, ma è un inviluppo più grande dei limiti alfa. Infatti, nelle prime fasi di ingresso, l'orbiter potrebbe anche essere volato sottosopra (con il suo vettore di portanza puntato verso la Terra) se necessario a causa di una bruciatura insufficiente a seguito di un malfunzionamento durante l'ustione da deorbit.

Fasi di orientamento all'ingresso

Non entrerò nei dettagli sulla guida all'ingresso, ma dirò che le considerazioni principali cambiano al variare della velocità e dell'altitudine e la guida all'ingresso è suddivisa in fasi per riflettere questo.

^ETAGW

Nel grafico sopra, la linea centrale rappresenta il profilo nominale. La linea più bassa è il profilo di "planata di equilibrio" che è la quantità minima di resistenza che l'orbiter deve mantenere per evitare di guadagnare quota e saltare. La linea in alto a sinistra rappresenta un limite termico (se l'orbiter lo supera, potrebbe bruciarsi). La linea in alto a destra rappresenta un limite di pressione dinamica (se l'orbiter lo supera, potrebbe rompersi a causa delle forze aerodinamiche).

1. Preentry : questo è considerato guida a ciclo aperto perché tutto ciò che fa mantiene 0 ° imbardata, 0 ° rollio e 40 ° alfa fino a quando il fattore di carico totale diventa 0,132 g (circa 3 piedi / sec ² di resistenza), al quale punto di guida a circuito chiuso inizia.
2. Controllo della temperatura : inizia con guida a circuito chiuso e termina a una velocità di Mach 19. Cerca di mantenere una temperatura costante entro i limiti di progetto del orbiter.
3. Equilibrium Glide : fornisce semplicemente un ponte tra il controllo della temperatura e le fasi di resistenza costante. Termina quando il trascinamento raggiunge i 33 piedi / sec ² . È chiamato così perché la sua forma è simile a quella del profilo di planata di equilibrio.
4. Constant Drag : mantiene una velocità di trascinamento costante di 33 ft / sec ^{2 sup> fino a quando la velocità raggiunge Mach 10.5.}
5. Transizione : progettata per passare dall'elevata resistenza aerodinamica e alto alfa di entrata alla resistenza inferiore e all'alfa inferiore richieste dall'orbiter per volare di più come un aeroplano. Questa fase termina a Mach 2.5 quando inizia TAEM.

TAEM

TAEM è l'acronimo di Terminal Area Energy Management. L'obiettivo in questa fase è allineare l'orbiter alla pista con la giusta quantità di energia per il suo avvicinamento finale. Anche in questo caso, non entrerò nei dettagli (sentiti libero di fare altre domande se vuoi), ma ecco il succo:

Se tutto è andato bene nella fase di ingresso, TAEM inizierà a circa 82.000 piedi e 60 miglia nautiche dalla pista (percorso a terra previsto, non distanza in linea retta).

Mentre la guida all'ingresso utilizza principalmente l'angolo di inclinazione per gestire l'energia, TAEM utilizza principalmente l'angolo di attacco. Al di sotto di Mach 1, lo speedbrake (un timone diviso) aiuta anche con la gestione dell'energia.

^{Fonte: NASA}

Fasi di TAEM:

1. S-Turn : di solito non richiesta, ma lo shuttle eseguirà virate a S se l'energia è troppo alta all'inizio del TAEM (troppo alta o troppo vicina alla pista).
2. Acquisizione : ruota l'orbiter verso una punto di tangenza sul cono di allineamento della rotta (HAC) e quindi vola a livello delle ali fino a quando non intercetta l'HAC. Il punto di tangenza è indicato come "waypoint 1" (WP1). Durante questa fase, l'orbiter rallenta fino a Mach 1, a quel punto il comandante prende CSS (control-stick steering), che è la cosa più vicina che lo shuttle ha a una modalità "manuale".
3. Allineamento della rotta : guida l'orbiter attorno a un "cono" virtuale (vedi diagramma sotto) finché non è allineato con la pista. Non è veramente un cono, matematicamente parlando, ma è il modo più semplice per visualizzarlo.
4. Prefinale : stabilisce l'orbiter sulla pendenza di planata esterna.

^{ETAGW Figura 3-13 che illustra l'HAC.}

Avvicinamento e atterraggio

La fase di guida finale si chiama "Avvicinamento e atterraggio". Inizia quando l'orbiter si trova al di sotto di 10.000 piedi e si trova sulla pendenza di planata esterna (OGS), ma non oltre 5000 piedi indipendentemente dalla pendenza di planata.

L'OGS era una pendenza di planata di 20 ° per "luce" orbitatori (peso lordo inferiore a 222.000 libbre) o 18 ° per orbitanti "pesanti" (in confronto, i normali aeroplani usano una pendenza di planata di 3 °). Pesante o leggero dipendeva da cosa c'era nella baia di carico. Il punto di mira nominale per l'OGS era di 7500 piedi al di sotto della soglia della pista, ma c'era anche un punto di mira "ravvicinato" a 6500 piedi che veniva utilizzato in caso di vento contrario abbastanza forte.

Il freno di velocità è stato utilizzato per mantenere 300 KEAS ( nodi di velocità equivalente - è effettivamente la stessa velocità indicata) sull'OGS fino a 3000 piedi, momento in cui ha calcolato quanto freno di velocità dovrebbe essere richiesto per l'atterraggio e si è trasferito in quella posizione. Si ricalcolerebbe ancora una volta a 500 piedi.

A 2000 piedi, l'orbiter inizierebbe una manovra "preflare" progettata per la transizione dall'OGS alla bassa pendenza interna di planata di 1,5 ° (IGS). Ciò è stato ottenuto con un pull-up circolare seguito da un decadimento esponenziale sull'IGS.

^{ETAGW Figura 4-8 che illustra la geometria preflare.}

In realtà, l'IGS non viene seguito a lungo ed è più una guida per assicurarsi di attraversare la soglia della pista sulla traiettoria corretta e ottenere in posizione per iniziare il bagliore finale, che è essenzialmente lo stesso di un bagliore di atterraggio convenzionale in un normale aereo, tranne per il fatto che la navetta atterra con un angolo di attacco molto più alto (circa 8 °) a causa delle sue ali delta (più simili al Concorde ).

Il carrello di atterraggio è stato schierato a 300 piedi e, se sei interessato al carrello di atterraggio, ho scritto una risposta completa sull'utilizzo del carrello di atterraggio una volta.

Il punto di atterraggio mirato si trovava a 2500 piedi lungo la pista a una velocità relativa di 195 nodi per gli orbitatori leggeri o 205 nodi per i pesanti (entro + 5 / -10 nodi).

Lo scivolo di trascinamento (un aggiunta fatta all'inizio degli anni '90) sarebbero stati schierati poco dopo l'atterraggio della marcia principale, ma non più velocemente di 195 nodi, e talvolta avrebbero aspettato fino all'atterraggio della marcia anteriore se ci fosse un vento laterale. Sarebbe stato gettato a 60 nodi per garantire che il meccanismo di attacco dello scivolo non colpisse e danneggiasse i motori principali.

Controllo

(ad esempio, come è stato in grado lo shuttle di modificare l'assetto? )

All'inizio, l'orbiter è ancora controllato come un veicolo spaziale, utilizzando i jet RCS per controllare l'assetto. All'aumentare della pressione dinamica (q-bar), le superfici aerodinamiche iniziano ad attivarsi e i getti RCS si arrestano come segue:

• q-bar = 0,5 libbre / piedi ^{2 sup > (psf), gli elevoni iniziano a fungere da trim.}
• q-bar = 2 psf, gli elevoni iniziano ad agire come superfici di controllo attive.
• q-bar = 10 psf, i getti di rollio RCS sono disabilitati.
• q-bar = 40 psf, i getti di pitch RCS sono disabilitati.
• Mach 10, lo speedbrake si apre su un programma programmato per agire come trim di beccheggio.
• Mach 5, il timone diventa attivo, inizialmente agendo principalmente come trim degli alettoni.
• Mach 1, i getti di imbardata RCS sono disabilitati.

Navigazione

(ad es. come faceva lo shuttle a sapere dove si trovava?)

Navigare, in termini NASA, significa fondamentalmente sapere dove ti trovi (la guida risponde al domanda "come faccio ad arrivare dove voglio andare?"). Durante l'entrata, lo shuttle utilizzava principalmente unità di navigazione inerziali, che erano state allineate utilizzando un localizzatore di stelle prima della combustione di deorbit. Man mano che si avvicinava al sito di atterraggio, poteva anche incorporare segnali GPS e / o TACAN nei dati di navigazione. OV-105 (noto anche come Space Shuttle Endeavour) aveva tre unità GPS installate e nessun TACAN, mentre gli altri orbiter avevano tre TACAN e un'unità GPS.

Sull'HAC, ovunque da circa 15k a 20k piedi di altitudine, l'orbiter rileva il sistema di atterraggio a microonde (MLS), che si comporta come un ILS ad altissima precisione. Da questo, sono in grado di determinare la loro posizione con elevata precisione e accuratezza. Una volta acquisito, questo diventa la fonte principale di dati di navigazione per il resto del volo.

Nei video di atterraggio, puoi effettivamente vedere esattamente quando rilevano MLS perché il nastro dell'altitudine passa dall'essere una specie di scatti, poi salta un po 'e diventa liscia. Ad esempio, guarda qui a circa 20 km (il nastro dell'altitudine è quello sulla destra).

Sotto i 5000 piedi, l'orbiter era anche in grado di utilizzare un radar altimetro per informazioni sull'altitudine.

Probabilmente sono più informazioni di quelle che stavi cercando, ma se hai domande su cose che non ho trattato o su cui non sono entrato abbastanza nei dettagli, non esitare a chiedere domande separate per quelle.

La procedura per il rientro della navetta spaziale nell'atmosfera terrestre è approssimativamente la seguente:

1. La navetta di solito vola sottosopra, con la coda verticale rivolta verso la terra e il muso nella direzione del volo.

2. La navetta prima deorbita ruotando di 180 $ ^ {\ circ} $ (sull'asse di imbardata) e azionando i propulsori, quindi riducendo la velocità, una procedura chiamata retrofiring (o de-orbita burn).

3. Quindi, lo shuttle "capovolge" ~ 140 $ ^ {\ circ} $ (nell'asse del passo ), in modo che entri nell'atmosfera a circa 40 $ ^ {\ circ} $.

4. A questo punto, l'atmosfera inizia ad addensarsi e il fondo dello space shuttle si riscalda su. A causa dell'angolo di attacco molto elevato, lo shuttle genera molta resistenza, il che aiuta a ridurre la velocità.

5. Quindi, una serie di curve ripide a forma di 'S' svolta a vengono eseguiti fino a 70 $ ^ {\ circ} $ di bank, pur mantenendo l'angolo di attacco di 40 $ ^ {\ circ} $. Questo viene fatto per ridurre la velocità.

6. Dopo il completamento del turno finale (virata), il controllo della navetta viene assunto dal comandante (è sotto il controllo del pilota fino ad ora), che "fa volare" la navetta (con un angolo di attacco negativo prima di stabilizzarsi) e atterra sulla pista.

Fonte: zlutykvet.cz

Il sistema di controllo del volo dello shuttle è costituito dai seguenti componenti:

• Motori di manovra

• Elevons

• Body Flaps

• Timone diviso (che ha agito come freno di velocità).

Fonte: quest.arc.nasa.gov

Non c'erano propulsori inversi. La navetta di solito atterrava al Kennedy Space Center in Florida o al suo sito di atterraggio di riserva presso la base aeronautica di Edwards in California; Il rientro è stato un viaggio di sola andata. Non ci fu alcuna riattaccata poiché lo space shuttle era essenzialmente un aliante molto tecnologico, sebbene inefficiente durante la sequenza di rientro e atterraggio.

Dopo l'atterraggio, lo scivolo pilota viene aperto dopo un secondo, aprendo lo scivolo principale (trascinamento), che rallenta la navetta. Dopo che la navetta si ferma, lo scivolo di trascinamento viene gettato in mare.

Fonte: spaceshuttleguide.com

Per avviare il processo di atterraggio, la navetta esegue un'ustione di deorbit

Quando è ora di tornare sulla Terra, l'orbiter viene ruotato di coda nella direzione di viaggio per prepararsi a un altro accensione dei motori del sistema di manovra orbitale. Questo fuoco è chiamato bruciatura da deorbit. Il tempo di accensione (TIG) è di solito circa un'ora prima dell'atterraggio. L'ustione dura da tre a quattro minuti e rallenta lo shuttle abbastanza da iniziare la sua discesa.
_{^{Tutte le citazioni sono state fornite dalla NASA}}

Per ridurre la velocità una volta nell'atmosfera

Per consumare l'energia in eccesso, l'orbiter esegue una serie di quattro sponde ripide, rotolando fino a 80 gradi su un lato o l'altro, per rallentare. La serie di sponde conferisce al percorso della navetta verso l'atterraggio un aspetto simile a una lettera allungata "S"

Per controllare la navetta all'interno dell'atmosfera terrestre

All'inizio del rientro, l'orientamento dell'orbiter è controllato dai getti di governo a poppa, parte del sistema di controllo della reazione. Ma durante la discesa, il veicolo vola meno come un veicolo spaziale e più come un aereo. Le sue superfici aerodinamiche - i flap alari e il timone - diventano gradualmente attive man mano che la pressione dell'aria aumenta. Man mano che queste superfici diventano utilizzabili, i getti dello sterzo si spengono automaticamente.

Per fare un giro

Durante il rientro e l'atterraggio, l'orbiter non è alimentato dai motori. Invece, vola come un aliante high-tech , facendo affidamento prima sui suoi getti sterzanti e poi sulle sue superfici aerodinamiche per controllare il flusso d'aria intorno ad esso. ^{Enfasi mia}

ad es. è un aliante, nessun giro disponibile.

Dove atterra: a terra, ovviamente!
Più seriamente,

• Il sito di atterraggio principale per la maggior parte delle missioni dello shuttle era Shuttle Landing Struttura a Cape Canaveral
La
• base aeronautica di Edwards sulle piste di Rogers Dry Lake era un'alternativa. Edwards è stato anche il sito di atterraggio principale per le prime diverse (10 o più?) Missioni di navetta.

Altri siti di atterraggio alternativi includevano:

• White Sands Missile Range (l'unico altro sito da utilizzare)
• Vandenberg Air Force Base
• Lincoln Airport / Lincoln Air National Guard Base.
• Altre località erano destinazioni di interruzione di emergenza da utilizzare prima che la navetta lasciasse l'atmosfera terrestre.

Fonte: http://science.howstuffworks.com/space-shuttle7.htm

Quando una missione è finita e la navetta è dall'altra parte del mondo dal sito di atterraggio (Kennedy Space Center, Edwards Air Force Base), il controllo della missione dà il comando di tornare a casa, il che richiede all'equipaggio di:

1. Chiudere le porte del vano di carico. Nella maggior parte dei casi, hanno volato prima con il muso e capovolto, quindi azionano i propulsori RCS per girare prima la coda dell'orbiter.
2. Una volta che l'orbiter è prima di coda, l'equipaggio spara Motori OMS per rallentare l'orbiter e ricadere sulla Terra; ci vorranno circa 25 minuti prima che la navetta raggiunga l'atmosfera superiore.
3. Durante questo periodo, l'equipaggio spara i propulsori RCS per inclinare l'orbiter in modo che il fondo dell'orbiter sia rivolto verso l'atmosfera (circa 40 gradi ) e stanno di nuovo muovendo il muso per primi.
4. Infine, bruciano il carburante avanzato dall'RCS anteriore come precauzione di sicurezza perché quest'area incontra il più alto calore di rientro.

Quello che sta succedendo qui è che la velocità con cui lo Shuttle sta volando intorno alla Terra, che è la velocità che lo tiene in orbita, viene ridotta sparando razzi nella direzione opposta. Una volta che la velocità è sufficientemente ridotta, lo Shuttle inizia a cadere fuori dall'orbita e tornare sulla Terra. Non ha ancora iniziato a incontrare una quantità significativa di atmosfera al passaggio 4. sopra.

Poiché si sta muovendo a circa 17.000 mph (28.000 km / h), l'orbiter colpisce l'aria molecole e accumula calore per attrito [sic] (circa 3000 gradi F, o 1650 gradi C).

Questa è la fase successiva del "rallentamento". A questo punto, tenendo presente il passaggio 4. sopra, lo Shuttle non ha carburante e non ha modo di autoalimentarsi. Ora è un aliante che cade dallo spazio. Quando lo Shuttle inizia a colpire le molecole d'aria, la compressione dell'aria genera calore (più dell'attrito - un errore nel passaggio citato), che possiamo vedere come un trasferimento di energia da cinetica a termica. La perdita di energia cinetica è una riduzione della velocità dello Shuttle, quindi lo Shuttle sta ora rallentando alle velocità atmosferiche. È un po 'complicato perché lo Shuttle ha bisogno di aria per rallentarlo, ma colpire troppa aria troppo velocemente potrebbe causare un rapido accumulo di calore e distruggere lo Shuttle. Il corretto angolo di incidenza con l'atmosfera è la chiave per controllare la velocità di riscaldamento rispetto al rallentamento. Questo è il modo in cui tutti i veicoli spaziali con equipaggio sono passati dalla velocità orbitale a quella atmosferica sin dalle prime missioni con equipaggio.

Quando il rientro ha successo, l'orbiter incontra l'aria principale dell'atmosfera ed è in grado di volare come un aeroplano [sic]. L'orbiter è progettato da un design del corpo di sollevamento con ali "delta" spostate all'indietro. Con questo design, l'orbiter può generare portanza con una piccola area alare. A questo punto, i computer di volo pilotano l'orbiter. L'orbiter compie una serie di virate inclinate a forma di S per rallentare la sua velocità di discesa quando inizia il suo avvicinamento finale alla pista.

L'orbiter è davvero un un aliante a questo punto, non un aeroplano. Non ha superfici di controllo sofisticate come molti aeroplani, quindi le virate a S vengono utilizzate per rallentarlo.

Quando l'orbiter si trova a 610 m dal suolo, il comandante solleva il muso per rallentare la velocità di discesa . Il pilota schiera il carrello di atterraggio e l'orbiter atterra. Il comandante frena l'orbiter e il freno di velocità sulla coda verticale si apre. Un paracadute viene schierato da dietro per aiutare a fermare l'orbiter. Il paracadute e il freno di velocità sulla coda aumentano la resistenza sull'orbiter. L'orbiter si ferma a circa metà strada fino a tre quarti della pista.

Quindi, mentre il Lo Shuttle ha un sistema di frenata aerea nella coda, generalmente non viene utilizzato fino a dopo l'atterraggio.

Come notato altrove, non è possibile girare intorno. Una volta che la de-orbita ha superato un certo punto, il rientro e l'atterraggio sono completamente commessi. Dato questo fatto, e il fatto che l'intero processo di gestione della velocità, l'allineamento per l'atterraggio, il flare, il touchdown e il rollio fino all'arresto devono avvenire correttamente la prima volta con un margine di errore non molto ampio, possiamo essere impressionati da come non abbiamo mai perso uno Shuttle durante il processo di atterraggio e solo uno durante il rientro.

1. Lo space shuttle rallenta durante il rientro usando la sua parte inferiore, volando con un angolo di attacco molto ripido .. Ecco alcune immagini che illustrano come appare. Il rientro genera molto calore e la parte inferiore ha speciali tessere resistenti al calore per far fronte a questo.
2. Durante il rientro lo shuttle non "vola" molto usando la parte inferiore per rallentare. In quella fase i soliti flap, spoiler e inversione di marcia non avrebbero fatto molto. Il rientro si riferisce normalmente solo alla parte in cui la navetta sta entrando nell'atmosfera. Dopo un po ', quando la velocità è sufficientemente ridotta, la navetta inizia a volare più come un normale aereo e utilizza i normali controlli. Quella fase non è normalmente chiamata rientro. Quando è effettivamente atterrato ha un paracadute che lo rallenta, così come i normali freni delle ruote, che aiutano a rallentarlo. I motori non funzionano durante l'atterraggio, quindi non c'è spinta inversa.
3. Lo shuttle non ha modo di fare un giro.
4. La navetta di solito atterra al Kennedy Space Center, mentre le prime missioni e alcune successive sono atterrate alla base dell'aeronautica militare Edwards in California. Una missione è atterrata alla base di White Sands nel New Mexico. Wikipedia contiene ulteriori informazioni

Per dare una versione meno scientifica di quanto già affermato: non è necessario ridurre significativamente la velocità prima del rientro in quanto il rientro è il modo per ridurre la velocità. E lo Shuttle non sarà caldo prima del rientro, ma piuttosto il rientro lo riscalda.

Più in dettaglio: Sì, lo Shuttle deve rallentare prima di atterrare. Ma la ragione della sua alta velocità non è che sta cadendo da un'altitudine così elevata. Piuttosto, non è davvero così alto: AFAIK una tipica orbita dello Shuttle è a circa 150 km dal suolo. Se lo confronti con il diametro della Terra a più di 13000 km, l'orbita dello Shuttle è in realtà un po 'vicino al suolo. Il motivo della sua alta velocità (circa 5 miglia al secondo ) rispetto al suolo è che ha bisogno di quella velocità per rimanere in orbita e non cadere. Ecco perché lo Space Shuttle si trova su un razzo così enorme al momento del lancio: non è necessario tanto sollevare lo Shuttle in alto, ma piuttosto dargli quell'enorme velocità necessaria per rimanere in orbita.

Ma tu non può far atterrare uno Shuttle a quella velocità, quindi lo Shuttle deve rallentare prima di atterrare. Come si fa? Usare un altro razzo booster sarebbe un'idea. Ma ciò significherebbe trasportare in orbita enormi quantità di carburante per missili. E ciò a sua volta richiederebbe razzi molto più grandi al lancio per sollevare e accelerare la massa aggiunta allo Shuttle da quei razzi "freno". Invece, lo Shuttle utilizza un altro approccio: viene rallentato solo leggermente (la "bruciatura in deorbita" spiegata in altre buone risposte) utilizzando i suoi propulsori. In questo modo non riesce a mantenere la sua orbita e si avvicina alla Terra e alla sua atmosfera. La combustione in deorbitazione non riduce in modo significativo la velocità dello Shuttle, ma nell'atmosfera la sua velocità provoca una resistenza significativa. Ed è quella resistenza al rientro che allo stesso tempo rallenta lo Shuttle e ne riscalda lo scafo.

Una rapida occhiata alla pagina dello Space Shuttle su Wikipedia risponderà a tutte le tue domande.

A proposito, lo Space Shuttle (più specificamente, l ' orbiter non era (l'ultimo volo è stato nel 2011) non era diverso da qualsiasi altra astronave / capsula / veicolo orbitale / ecc .: durante il rientro, la resistenza aerodinamica è stata utilizzata per rallentare il veicolo.

L'Orbiter era un corpo sollevante, con alettoni / elevatori e un timone che fungeva anche da speedbrake. L'Orbiter era un "aliante" durante il rientro, senza propulsione, quindi un Go-Around era fuori discussione.