Какой громкой бывает отрыжка?

Атмосфера Земли — это просто громадное облако воздуха (состоящего из азота, кислорода и небольших примесей других газов), которое Земля удерживает рядом с собой силой своего притяжения. Мы живем в тоненьком слое у поверхности, где воздух самый плотный. Но по мере удаления от Земли сила ее притяжения слабеет. Поэтому, чем выше (а точнее, чем дальше от поверхности) мы будем подниматься, тем более разреженной (то есть менее плотной) будет становиться атмосфера. Когда космический корабль выводится на орбиту, он покидает атмосферу или, по крайней мере, оказывается так далеко от Земли, что воздуха там почти нет. Проблема возникает, когда приходит время возвращаться на Землю, потому что для этого нужно снова войти в атмосферу. Неправильный вход может привести к тому, что космический корабль сгорит или развалится на части.

— Все равно не въезжаю. Вы говорите, что мы живем в атмосфере и прекрасно себя чувствуем…

Верно.

— …но если ракета попытается войти в нее и сделает это неправильно, то она может взорваться. Тогда почему атмосфера не заставляет взрываться нас?

Потому что атмосфера сама по себе не нагревает и не разрушает космический корабль. Это делают трение и перегрузки, создаваемые кораблем, который на высокой скорости врывается в плотные слои атмосферы и трется о воздух. Иначе говоря, встреча корабля с атмосферой опасна тем, что они движутся с разными скоростями. Но мы уже находимся в атмосфере и движемся вместе с ней с одинаковой скоростью, поэтому между нами не возникает трения. С космическим кораблем все по-другому.

К примеру, космическому шаттлу, чтобы удержаться на орбите, приходится поддерживать скорость около 7,7 км/с, или 2 800 км/ч. Это почти в восемь раз быстрее пули, выпущенной из мощного ружья. Поэтому, когда корабль сходит с орбиты и возвращается в атмосферу, он врезается в нее с чудовищной скоростью и пробивается через плотный воздух, создавая мощнейшее трение, которое и нагревает корабль.

— Но если вся причина в слишком высокой скорости, то почему бы астронавту просто не сбросить скорость, пока он находится в космосе, чтобы потом благополучно вернуться на Землю без трения, нагревания и всего прочего?

К сожалению, для этого нужно иметь больше топлива, чем шаттл способен поднять в космос. Только для вывода на орбиту тратится около миллиона литров топлива, а после того как оно сгорает, твердотопливные ускорители и бак из-под жидкого топлива отстреливаются, чтобы корабль стал легче. Сам шаттл способен нести лишь минимальное количество топлива для возращения домой. Он не может сбросить скорость до уровня, необходимого для безопасного снижения, и вынужден просто развернуться, сжечь небольшой запас топлива и уменьшить скорость лишь настолько, чтобы сойти с орбиты и начать «падать» по направлению к Земле. После вхождения в атмосферу шаттл фактически использует создаваемое им трение для торможения. В результате выделяется тепло, и нижняя поверхность корабля раскаляется докрасна.

— Это показывали по телику. Но почему ракеты начинают плавиться, когда входят в атмосферу?

По правде говоря, плавятся лишь некоторые из них. И это делается специально.

— Что?!

В связи с тем что шаттлы и другие космические корабли используют трение для торможения, они не могут избежать сильного нагрева. Поэтому некоторые корабли, возвращающиеся после полета на Землю (такие есть у русских, китайцев и Европейского космического агентства), покрывают толстым слоем специального материала, который называется теплозащитным (или абляционным) экраном. При вхождении в атмосферу этот материал должен понемногу плавиться. Постепенное расплавление экрана дает кораблю время на то, чтобы снизить скорость до уровня, позволяющего раскрыть парашют. У шаттла же теплозащитный экран состоит из жаропрочных плиток, которые можно заменить при подготовке к последующим полетам.

— И что происходит с ним?

Если все проходит штатно, то шаттл снижает скорость до нескольких сотен километров в час и планирует до места посадки почти как обычный самолет и поэтому выпускает тормозные парашюты сразу после касания земли.

— Наверное, у всех, кто внутри, просто дух захватывает. На что это похоже?