Am 21. Juli 1961 war der amerikanische Astronaut für etwa 15 Minuten Gus Grissom Er fühlte sich wie auf dem Gipfel der Welt – und das war er tatsächlich.
Grissom war Besatzungsmitglied der Mission Liberty Bell 7ein ballistischer Testflug, bei dem er von einer Rakete aus durch die Atmosphäre katapultiert wurde. Während des Tests saß er in einer kleinen Kapsel und erreichte eine Höhe von über 160 Kilometern, bevor er im Atlantik wasserte.
Ein Marineschiff, die USS Randolph, beobachtete den erfolgreichen Abschluss der Mission aus sicherer Entfernung. Alles war nach Plan verlaufen, die Fluglotsen in Cape Canaveral jubelten und Grissom wusste, dass er als zweiter amerikanischer Astronaut in der Geschichte soeben in den VIP-Club aufgenommen worden war.
Grissom blieb in seiner Kapsel und schaukelte auf den sanften Wellen des Ozeans. Während er darauf wartete, dass ihn ein Hubschrauber auf das Trockendeck der USS Randolph bringen würde, zeichnete er einige Flugdaten auf. Doch dann nahmen die Dinge eine unerwartete Wendung.
Ein falscher Befehl im Sprengstoffsystem der Kapsel führte dazu, die Luke zum Herausspringenwodurch Wasser in den winzigen Raum strömte. Grissom hatte außerdem vergessen, ein Ventil in seinem Raumanzug zu schließen, sodass Wasser in seinen Anzug sickerte, während er darum kämpfte, über Wasser zu bleiben.
Nach einer dramatischen Flucht aus der Kapsel versuchte er, seinen Kopf über Wasser zu halten, während er dem Hubschrauberpiloten signalisierte, dass etwas schiefgelaufen sei. Der Hubschrauber konnte ihn im letzten Moment retten.
Grissoms Rettung, bei der er fast ums Leben gekommen wäre, bleibt eine der dramatischsten Wasserlandungen der Geschichte. Aber das Auftauchen im Wasser ist nach wie vor eine der häufigsten Arten, wie Astronauten zur Erde zurückkehren. Ich bin ein Professor für Luft- und Raumfahrttechnik der die Mechanismen dieser Phänomene untersucht. Glücklicherweise sind die meisten Wasserungen zumindest auf dem Papier nicht ganz so nervenaufreibend.
Splashdown erklärt
Bevor ein Raumschiff sicher landen kann, kehrt es zur Erde zurück muss langsamer werden. Während es zur Erde zurückrast, hat ein Raumschiff eine Menge kinetische Energie. Durch die Reibung mit der Atmosphäre entsteht ein Luftwiderstand, der das Raumschiff verlangsamt. Die Reibung wandelt die kinetische Energie des Raumschiffs in thermische Energie oder Wärme um.
All diese Hitze wird in die umgebende Luft abgestrahlt, die wirklich sehr, sehr heiß wird. Da die Wiedereintrittsgeschwindigkeiten ein Vielfaches der Schallgeschwindigkeit betragen können, verwandelt die Kraft der Luft, die gegen das Fahrzeug drückt, die Umgebung des Fahrzeugs in einen glühenden Strom von etwa 2.700 Grad Fahrenheit (1.500 Grad Celsius). Im Fall der riesigen Starship-Rakete von SpaceX erreicht diese Temperatur sogar 3.000 Grad Fahrenheit (fast 1.700 Grad Celsius).
Unglücklicherweise bleibt dem Raumfahrzeug beim Wiedereintritt, egal wie schnell dieser Übergang erfolgt, nicht genügend Zeit, um auf eine sichere Geschwindigkeit abzubremsen, die nicht zum Absturz führt. Daher greifen die Ingenieure auf andere Methoden zurück, die ein Raumfahrzeug bei der Wasserung verlangsamen können.
Fallschirme sind die erste Option. Die NASA verwendet normalerweise Designs in leuchtenden Farben wie Orange, die sie leicht erkennbar machen. Sie sind außerdem riesig, mit Durchmessern von über 100 Fuß, und jedes Wiedereintrittsfahrzeug verwendet normalerweise mehr als eines, um die beste Stabilität zu gewährleisten.
Die ersten ausgelösten Fallschirme, sogenannte Bremsfallschirme, werden ausgeworfen, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter etwa 700 Meter pro Sekunde fällt.
Aber selbst dann darf die Rakete nicht auf eine harte Oberfläche prallen. Sie muss irgendwo landen, wo der Aufprall abgefedert wird. Schon früh fanden Forscher heraus, dass Wasser ein hervorragender Stoßdämpfer ist. So entstand die Wasserlandung.
Das Kommandomodul von Apollo 15 wassert am 7. August 1971 im Pazifischen Ozean.
Warum Wasser?
Wasser hat eine relativ niedrige Viskosität – das heißt, es verformt sich unter Belastung schnell – und eine viel geringere Dichte als hartes Gestein. Diese beiden Eigenschaften machen es ideal für die Landung von Raumfahrzeugen. Der andere Hauptgrund, warum Wasser so gut funktioniert, ist jedoch, dass es 70 % der Erdoberfläche bedeckt. Daher ist die Wahrscheinlichkeit, es zu treffen, wenn man aus dem Weltraum fällt, hoch.
Die Wissenschaft hinter der Wasserung ist komplex. eine lange Geschichte beweist.
1961 führten die USA die ersten bemannten Wasserlandungen durch. Dabei wurden Quecksilber-Wiedereintrittskapseln.
Diese Kapseln hatten eine annähernd konische Form und fielen mit der Basis in Richtung Wasser. Der Astronaut im Inneren saß mit dem Gesicht nach oben. Die Basis absorbierte den Großteil der Hitze, daher konstruierten die Forscher einen Hitzeschild, der verdampfte, als die Kapsel durch die Atmosphäre schoss.
Als die Kapsel langsamer wurde und die Reibung abnahm, kühlte die Luft ab. Dadurch konnte sie die überschüssige Wärme des Fahrzeugs absorbieren und es dadurch ebenfalls abkühlen. Bei ausreichend niedriger Geschwindigkeit würden sich die Fallschirme öffnen.
Die Wasserung erfolgt mit einer Geschwindigkeit von ca. 80 Fuß pro Sekunde (24 Meter pro Sekunde)Der Aufprall ist zwar nicht gerade sanft, aber langsam genug, damit die Kapsel ins Meer knallen und die Erschütterungen des Aufpralls absorbieren kann, ohne dass ihre Struktur, ihre Nutzlast oder die Astronauten im Inneren beschädigt werden.
Gefolgt die Challenger-Niederlage 1986Als die Raumfähre Challenger kurz nach dem Start auseinanderbrach, konzentrierten sich die Ingenieure bei ihren Fahrzeugentwürfen auf das sogenannte Crashverhaltensphänomene– oder das Ausmaß des Schadens, den ein Fahrzeug erleidet, wenn es eine Oberfläche trifft.
Nun müssen alle Fahrzeuge beweisen, dass sie nach der Rückkehr aus dem Weltraum eine Überlebenschance auf dem Wasser bieten. Forscher bauen komplexe Modelle und testen sie dann in Laborexperimenten, um zu beweisen, dass die Struktur robust genug ist, um diese Anforderung zu erfüllen.
Auf in die Zukunft
Zwischen 2021 und Juni 2024 werden sieben der Dragon-Kapseln von SpaceX führten bei ihrer Rückkehr von der Internationalen Raumstation eine einwandfreie Wasserung durch.
Am 6. Juni wurde die bis dahin stärkste Rakete Das Raumschiff von SpaceXmachte eine phänomenale senkrechte Wasserung im Indischen Ozean. Seine Raketentriebwerke zündeten während der Annäherung an die Oberfläche weiter und erzeugten eine außergewöhnliche Wolke aus zischendem Dampf um die Düsen.
SpaceX nutzt Wasserlandungen zur Bergung seiner Booster nach dem Start, ohne dass ihre kritischen Teile nennenswert beschädigt werden, sodass sie für zukünftige Missionen recycelt werden können. Durch die Ermöglichung dieser Wiederverwendbarkeit können private Unternehmen Millionen von Dollar in Infrastruktur einsparen und die Missionskosten senken.
Das Starship von SpaceX wassert am 6. Juni 2024 in einer Dampfwolke.
Die Wasserung ist noch immer die gebräuchlichste Methode zum Wiedereintritt von Raumfahrzeugen in die Erdatmosphäre, und da immer mehr Raumfahrtagenturen und private Unternehmen nach den Sternen greifen, werden wir in Zukunft wahrscheinlich noch viel mehr davon erleben.
Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die originaler Artikel.