О ПОСАДКЕ ТЯЖЕЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
Введем следующие характерные параметры аппарата:
m - масса аппарата
S - характерная площадь сечения
S* = S/m - характерная удельная площадь (на единицу массы)
А - а/д качество (строго говоря, оно сильно зависит от скорости, но здесь мы делаем только качественную оценку)
Скоростной напор q характеризует также тепловой поток на единицу поверхности.
Полная а/д сила: R ~ qS
Подъемная сила: L ~ AR ~ AqS
Условие стационарного полета: L ~ mg (отсутствие "проваливания")
Символ ~ здесь означает пропорциональность, а не приблизительное равенство.
О ПРЕДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ
Остсюда легко видеть, что характерная перегрузка и скоростной напор/тепловой поток ограничены снизу:
аmin ~ 1/A
qmin ~ 1/AS*
Таким образом:
- выгодно иметь более высокое а/д качество
- при заданном а/д качестве, удельная площадь S* - характерный инвариант (для аппаратов любой массы)
То есть, характерная толщина корпуса - инвариант (для аппаратов любой массы). Для тяжелых аппаратов это означает уменьшение прочности. Обойти это ограничение можно только увеличив а/д качество.
Таким образом, для обеспечения прочности, тяжелый аппарат должен иметь высокое а/д качество.
О ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОСАДКЕ
Можно ли посадить тяжелый аппарат вертикально ? Можно.
Достаточно ли для этого только парашюта ? Недостаточно.
Во-первых, при парашютной посадке вертикальная скорость слишком велика
Во-вторых, боковой ветер создает довольно также большую горизонтальную скорость
Поскольку характерная толщина корпуса - инвариант (см. выше), с ростом массы относительная прочность конструкции будет падать(*). Следовательно:
- тяжелый аппарат требует низкой скорости приземления
- горизонтальная скорость должна быть погашена почти полностью (**)
Таким образом, ракетное торможение является необходимым для тяжелого аппарата. Также понятно, что для обеспечения высокой точности посадки нужно довольно точно управлять тягой двигателей. Особенно в горизонтальном направлении - скорость ветра заранее неизвестна. Кроме того, существуют неровности рельефа, наклон поверхности, и пр.
Таким образом, скорее всего, твердотопливных ракет будет недостаточно. Придется ставить ЖРД.
Далее. Начиная с определенных размеров, аппарат уже нельзя сажать где попало.
Во-первых, ужесточаются требования к рельефу, растительности и застройке территории
Во-вторых, встает вопрос транспортировки
(это впрочем, не исключает возможности аварийной посадки в чистом поле, что хорошо)
(*) Так что аналогия с танками, которые сажают на парашютах не проходит - там совершенно другая прочность
(**) В принципе, горизонтальную скорость можно попытаться погасить парашютным скольжением, но это уже высший пилотаж... Такой метод будет сильно зависеть от ветра - рискованное дело.
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПОСАДКА
Особенности горизонтальной посадки хорошо известны. Замечу только, что:
1. При самолетной посадке есть возможность занулить вертикальную скорость с помощью горизонтальной
2. Требования высокого а/д качества и высокой удельной площади (полученные независимо - из требований по тепловому потоку, перегрузкам и габаритам) уже означают, что аппарат худо-бедно, а летать будет. Эти требования сами по себе, уже фактически означают либо крыло, либо несущий корпус.
ПОДВЕДЕМ ИТОГИ
Итак, что мы имеем ?
1. Тяжелый аппарат будет менее прочным (S*=S/m ~ const)
2. Тяжелый аппарат должен иметь высокое а/д качество (AS* ~ const)
3. Тяжелый аппарат должен иметь высокую управляемость при посадке (низкая прочность)
4. Тяжелый аппарат все-таки лучше сажать на специально подготовленную территорию
ВЫВОДЫ
Благоразумно оставляю за читателем :)