¿Por qué hay tanto menos calor al abandonar la atmósfera de la Tierra, en comparación con la entrada o el reingreso?

No se trata de calor versus no calor, sino de cuánto calor.

Imagine que tiene una piscina profunda llena de pequeñas bolas de plástico que representan las moléculas de la atmósfera. Si se zambulle en la piscina, normalmente querrá caminar o ir primero para minimizar el impacto de las bolas de plástico. Encontrará que su piel se calienta un poco, pero cuanto más “aerodinámica” tenga, menos impacto experimentará y menos efecto de calentamiento.

Los vehículos de lanzamiento se elevan de manera similar en la atmósfera “de cabeza” por razones similares.

Ahora, suponga que se sumerge en la piscina desde una altura significativa y la piscina es relativamente poco profunda. Si bucea con “buena forma”, puede pasar a través de las bolas de plástico y golpear el fondo de concreto de la piscina a alta velocidad con consecuencias fatales. Si haces una fractura abdominal, verás que tu piel se ha calentado un poco, o posiblemente no si te golpeó, pero evitarás golpear el fondo.

Su mejor opción sería acurrucarse en una pelota e intentar entrar en un ángulo apropiado. No es demasiado superficial o puede saltar de la superficie y aterrizar fuera de la piscina y no directamente hacia adentro o aún puede tocar el fondo incluso con la superficie más grande de su forma enroscada frente a la cabeza primero. En cualquier caso, su cuerpo aún experimentará más impacto de las bolas y su piel se calentará bastante.

Un vehículo de reentrada no puede acurrucarse, pero puede asumir un ángulo para que exista más área de superficie expuesta al impacto de la atmósfera que un enfoque de “cabeza en primer lugar”. Esto permite que la atmósfera ayude a desacelerar el vehículo para que no se hunda en la tierra sino que genere mucho calentamiento de la superficie al igual que la inmersión enroscada.

Puede entrar o salir de la atmósfera terrestre hacia arriba, sin calefacción. Pero no puedes quedarte allí sin una forma de contrarrestar la gravedad, como un cohete disparando continuamente. Así que nadie hace eso: entran en órbita, lo que es estable y no requiere más potencia una vez que hayas llegado allí.

Para ir del suelo a la órbita se requiere un gran cambio en la velocidad, básicamente se necesita un cohete para lograrlo. Ir desde la órbita al suelo también requiere un gran cambio en la velocidad. Podría usar un cohete nuevamente, lo cual es costoso, o podría usar Aerobraking, que es gratis. Aerobraking convierte la energía cinética de la nave espacial en calor mediante compresión adiabática. Es deliberado; la nave espacial desciende deliberadamente a la atmósfera superior mientras sigue avanzando rápidamente, mientras que un cohete asciende por encima de la atmósfera antes de acelerar completamente a la velocidad orbital.

Al salir de la atmósfera, el cohete usa algo de motor. Este motor da impulso al cohete y la velocidad alcanzada por el cohete no es muy alta. Por lo tanto, la fricción entre la superficie del cohete y el aire atmosférico no es demasiado y, por lo tanto, el calor generado tampoco es demasiado (aunque de todos modos se produce calor). Pero cuando cualquier objeto ingresa a la atmósfera, será atraído por la gravedad. Por lo tanto, alcanza una velocidad muy alta que causa una tremenda fricción entre la superficie del objeto y el aire atmosférico. Esta fricción genera una cantidad muy alta de calor en la superficie y muchas veces la superficie se derrite. Entonces, la respuesta simple para su pregunta son las velocidades involucradas en los dos casos. Para evitar esta fusión, el científico usa un escudo térmico en los vehículos de reentrada.

Es porque cuando abandonas la atmósfera, tu velocidad está controlada por la masa alrededor de tu nave, que es el aire, y es difícil acelerar. Cuando estás en el espacio, no tienes restricciones de velocidad porque no hay nada a tu alrededor que cause esa fricción. Por lo tanto, puede acelerar fácilmente.

La velocidad promedio de un avión es de alrededor de 500-900 km / h, mientras que la velocidad promedio de un transbordador espacial es más como 29000 km / h. Esto es lo que causa quemar en la reentrada. Es como si estuvieras frotando 2 objetos juntos, comienzan a calentarse. Esto es lo mismo que sucede en extremo.

Para tener una idea de qué tan grueso es el aire, hay una velocidad terminal que puede alcanzar al hacer paracaidismo de alrededor de 200 km / h. La gravedad de la Tierra lo empuja constantemente, pero el aire es tan denso que lo mantiene a 200 km / h como velocidad máxima. Cuando empujas algo más rápido que eso, tiene que empujar todo fuera del camino frente a él, y se calienta.