Vehículo de descenso (SA) es una nave espacial o parte de una nave espacial diseñada para descender una carga útil desde la órbita de un satélite artificial o desde una trayectoria interplanetaria y un aterrizaje suave en la superficie de la Tierra u otro cuerpo celeste. El SA puede formar parte de una nave espacial que vuele en órbita de un satélite artificial de un cuerpo celeste (por ejemplo, un orbitador o estación orbital , de la que se separa el SA antes del descenso) o de una nave espacial que realice un vuelo interplanetario (por ejemplo, un estación interplanetaria automática de cuyo módulo de vuelo se separa el SA antes de descender).
La carga útil son personas, animales de experimentación, estaciones de investigación estacionarias, rovers planetarios, etc.
La principal tarea técnica de un aterrizaje suave es reducir la velocidad del vehículo desde el espacio (a veces decenas de kilómetros por segundo) a casi cero. Este problema se resuelve de diferentes maneras y, a menudo, se usan consistentemente diferentes métodos para el mismo aparato en diferentes partes del descenso.
También se utiliza el término "aterrizaje de motor". Para asegurar el frenado y el descenso, este método requiere la presencia de aproximadamente el mismo suministro de combustible a bordo del aparato que para poner este aparato en órbita desde la superficie del planeta. Por lo tanto, este método se utiliza durante toda la trayectoria de descenso (como el único posible) solo cuando se aterriza en la superficie de un cuerpo celeste desprovisto de atmósfera (por ejemplo, la Luna). Si hay una atmósfera en el planeta, los motores de cohetes se usan solo en la etapa inicial de descenso: para pasar de la órbita espacial (trayectoria) a la trayectoria de descenso, antes de ingresar a la atmósfera, y también en la etapa final, justo antes de tocar la superficie, para amortiguar la velocidad de caída residual.
Con el rápido movimiento del aparato en la atmósfera, surge una fuerza de resistencia del medio - aerodinámica, que se utiliza para desacelerar.
Dado que el frenado aerodinámico no requiere consumo de combustible, este método siempre se usa cuando se desciende a un planeta con atmósfera. Durante la desaceleración aerodinámica , la energía cinética del aparato se convierte en calor impartido al aire y la superficie del aparato. La cantidad total de calor liberado, por ejemplo, durante un descenso aerodinámico desde la órbita cercana a la Tierra es de más de 30 megajulios por 1 kg de masa del vehículo. La mayor parte de este calor se lo lleva el flujo de aire, pero la superficie frontal del SA también puede calentarse a temperaturas de varios miles de grados, por lo que debe tener una protección térmica adecuada .
El frenado aerodinámico es especialmente eficaz a velocidades supersónicas, por lo que se utiliza para frenar desde el espacio a velocidades del orden de cientos de m/s. A velocidades más bajas, se utilizan paracaídas.
Son posibles diferentes trayectorias de descenso del vehículo durante el frenado aerodinámico. Se suelen considerar dos casos: descenso balístico y planeo .
Durante un descenso balístico, el vector de las fuerzas aerodinámicas resultantes se dirige directamente en dirección opuesta al vector de velocidad del vehículo. El descenso a lo largo de una trayectoria balística no requiere control y, por lo tanto, se utilizó en las primeras naves espaciales Vostok , Voskhod y Mercury .
SA "Vostok" y "Voskhod" tenían una forma esférica y el centro de gravedad, desplazado hacia abajo a un fondo más protegido contra el calor. Al ingresar a la atmósfera, dicho aparato automáticamente, sin el uso de timones, asume una posición con la parte inferior orientada hacia el flujo de aire, y el cosmonauta soporta fuerzas G en la posición más conveniente con la espalda hacia abajo.
La desventaja de este método es la gran inclinación de la trayectoria y, como resultado, la entrada del aparato en las capas densas de la atmósfera a alta velocidad, lo que conduce a un fuerte calentamiento aerodinámico del aparato y a la sobrecarga , a veces superior. 10 g: cerca del máximo permitido para una persona.
Una alternativa al descenso balístico es la planificación. El cuerpo exterior del aparato en este caso, por regla general, tiene una forma cónica y un fondo redondeado, y el eje del cono forma un cierto ángulo ( ángulo de ataque ) con el vector de velocidad del aparato, por lo que el resultante de las fuerzas aerodinámicas tiene una componente perpendicular al vector de velocidad de la fuerza de sustentación del aparato . Debido a la operación de los timones de gas, el aparato gira hacia el lado derecho y comienza a despegar, por así decirlo, en relación con el flujo que se aproxima. Debido a esto, el dispositivo desciende más lentamente, la trayectoria de su descenso se vuelve más suave y larga. El área de frenado se estira tanto en longitud como en tiempo, y las sobrecargas máximas y la intensidad del calentamiento aerodinámico se pueden reducir varias veces en comparación con el frenado balístico, lo que hace que el descenso en planeo sea más seguro y cómodo para las personas.
El ángulo de ataque durante el descenso cambia según la velocidad aerodinámica y la densidad del aire actual. En las capas superiores, enrarecidas, de la atmósfera, puede alcanzar los 40°, disminuyendo gradualmente a medida que desciende el aparato. Esto requiere la presencia de un sistema de control de vuelo deslizante en el SA, lo que complica y hace que el dispositivo sea más pesado, y en los casos en que sirve para lanzar solo equipos que pueden soportar fuerzas G más altas que una persona, se suele utilizar el frenado balístico.
La etapa orbital del sistema espacial Space Shuttle , al regresar a la Tierra, realizando la función de un vehículo de descenso, se desliza a lo largo de todo el tramo de descenso desde la entrada en la atmósfera hasta tocar el tren de aterrizaje, tras lo cual se suelta un paracaídas de frenado.
Este método se utiliza después de que la velocidad del aparato disminuya a un valor del orden de cientos de m/s en la zona de frenado aerodinámico. El sistema de paracaídas en una atmósfera densa amortigua la velocidad del aparato a casi cero y asegura su suave aterrizaje en la superficie del planeta.
En la atmósfera enrarecida de Marte, los paracaídas reducen efectivamente la velocidad de vuelo a solo unos 100 m/s. Para extinguir la velocidad a unos 10 m/s, un paracaídas de tamaño razonable en la atmósfera de Marte no puede. Por lo tanto, se utiliza un sistema combinado: después del frenado aerodinámico, se activa un paracaídas y, en la etapa final, un sistema de propulsión para un aterrizaje suave en la superficie.
Los vehículos de descenso tripulados para aterrizaje en tierra de las naves espaciales de la serie Soyuz también tienen motores de desaceleración de combustible sólido que se encienden unos segundos antes del aterrizaje para garantizar un aterrizaje más seguro y cómodo.
El vehículo de descenso de la estación Venera-13 , tras descender en paracaídas a una altura de 47 km, lo soltó y retomó el frenado aerodinámico. Tal programa de descenso fue dictado por las peculiaridades de la atmósfera de Venus, cuyas capas inferiores son muy densas y calientes (hasta 500 ° C).
Los vehículos de descenso pueden diferir significativamente entre sí según la naturaleza de la carga útil y las condiciones físicas en la superficie del planeta en el que se realiza el aterrizaje.
| En SA " Mercury " no hay más espacio libre que en una avioneta (USA, 1961-62). | Los astronautas volaron hasta dos semanas en la nave espacial Gemini de dos asientos con un diámetro total de 3,05 m (EE. UU., 1964-66) | Tres personas (Rusia) despegan y aterrizan en la Soyuz TMA SA de 2,2 m de diámetro. | El más grande de todos los CA "Apollo" sin alas también estaba bastante apretado (EE. UU., 1967-75) | El vehículo de descenso Shenzhou-5 ( PRC ) es similar en forma y tamaño al Soyuz. | Cápsula de una nave espacial privada tripulada Crew Dragon (EE.UU.). |
| Vehículo de aterrizaje Blue Gemini (EEUU, 1962). | Multiplaza SA Big Gemini (EE. UU., 1969) | Vehículo de triple descenso en forma de cono VA TKS (URSS, 1970-1991). |
| Monoplaza alado SA " Daina-Sor " (EE.UU., 1957-63). | Monoplaza alado SA " Spiral " (URSS, 1966-78). | Avión espacial " Hermes " ( ESA , 1970-80) | Reutilizable SA VentureStar (EE. UU., 1992-2001) | Nave espacial " Buran " (URSS, 1970-80) |
| Nave espacial " Orel " en comparación con la nave espacial "Soyuz" (Rusia). | El vehículo de descenso del vehículo de transporte tripulado CST-100 (EE. UU.). | Proyecto SA de la nave espacial lunar y marciana " Orion " (EE.UU.). |
| Estación lunar automática entregada por " Luna-9 " el 3 de febrero de 1966. El primer aterrizaje suave en la Luna. (Modelo) | Sonda lunar " Surveyor-3 " (NASA), que aterrizó en la superficie de la Luna el 20 de abril de 1967. La fotografía fue tomada por un miembro de la expedición Apolo 12 , Allan Bean, el 24 de noviembre de 1969. | La exposición del "Lunar" soviético en la exposición de París 2007. En primer plano - SA " Luna-20 ". Incluye la SA, que trajo muestras de suelo lunar a la Tierra (esfera superior). |
| El vehículo de descenso de la estación interplanetaria Mars-3 . | El vehículo de descenso de la estación interplanetaria Venera-13 . En la atmósfera inferior, se lanzó en paracaídas sobre una aleta de freno rígida. | Módulo de descenso " Fily ". |