大氣圈突入/衛星軌道打上
大氣圈突入/衛星軌道打上
▲大氣圈構造
大氣層的結構由地表向外,可以區分為五層:(中間為日式名稱)
△對流層/對流圈/Troposphere
平均厚度約12公里。但因季節、地區而有變化,上下差距可達五公里。
△平流層/成層圈/Stratosphere
平流層的範圍,距離地表約十幾公里至五十餘公里處。
△中氣層/中間圈/Mesosphere
範圍大約距地面上五十至八十餘公里。
△熱氣層/熱圈/Thermosphere
中氣層頂以上溫度再度升高的區域稱之,高度由中氣層頂開始可達四百、五百
公里高。
△外氣層/Exosphere
由熱氣層頂向外屬於外氣層。此層大多包含逸散的帶電離子與電子,是地球大氣
的最外層。
其中氣體的99.9%集中於平流層以及對流層內,再往上去只有稀薄的空氣。各層的
高度也只是大略的高度,在大氣層中並沒有很明確的高度來分隔各層。
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▲衛星軌道
人造衛星軌道大致上分為三種:低軌(LEO)中軌(MEO)與高軌(HEO)。
但是三種軌道的分界卻沒有很明確的標準。只能大致上用大氣圈的中氣層頂上,離地
1000公里處作為低軌與中軌的分界;用兩萬公里的高度作為中軌與高軌的分界。
這裡所提到的衛星軌道,都以200公里作為低軌的下限。
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▲大氣圈突入
現實中大氣圈突入的過程,可略分為三階段。分別是決定高度、再突入、安全降落
三階段:
△決定高度
在離地200公里高之處,是決定能否進入大氣層的關鍵。而關鍵所在,則是與地面
切平面的夾角。能夠安全返回地球的夾角,僅有6.5°±0.9°的幅度。一旦切入角度太淺
(假設僅有4度),會被大氣層托起,彈回太空中。切入角度太深時,雖然不會被大氣
層彈開,但是突入過程中會因速度過快導致機身如流星一般燃燒殆盡。
△再突入
順利的取得切入角度後,機身會開始與逐漸濃密的空氣分子產生摩擦產生高溫。進入
中間層(50~100km)後,機體周圍的空氣分子會因為摩擦產生的高熱而成為電漿,阻隔
通訊。現實中的太空梭進入大氣層時,前端以及機翼前緣的溫度最高可達攝氏3000度,
底部其他部分也有1500度以上的高溫。
△安全降落
靠著摩擦力順利減速的機體進入平流層後,就可以順利的在大氣層中飛行。
VF等機體在進入大氣圈時都要經歷這些階段。配備重力制御系統的船艦進入大氣圈
時,就沒有如此艱辛的過程。利用重力制御系統抵消部分重力後,就可以用很深的切入
角度與較緩慢速度進入大氣層。雖然突入過程中仍有摩擦熱產生,但是溫度不至於太高。
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▲衛星軌道打上
打上的過程與突入的過程比起來單純一些,只需要足夠的速度(動能)在爬升的過程
中轉為位能即可。早期的VF推力不足時,必須搭配火箭推進器,靠火箭推進器的力量
將VF打上軌道。
至於擁有重力制御系統的船艦,可以運用重力制御系統抵消部分重力,慢慢的飛上衛
星軌道。乘員也不需經歷火箭打上的過程中強大的G力。
註:真實的太空飛行在穿越大氣層的時候大約只須要約十分鐘,即可到達低衛星軌道。
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