Űrhajók, papírrepülők és a fizika törvényei.
Ez a kérdés nemrég merült fel egy baráti beszélgetés során. A válasz röviden az, hogy egy tárgyat a Földre juttatni az ISS (Nemzetközi Űrállomás) pályájáról korántsem olyan egyszerű feladat, mint amilyennek elsőre hangzik. Az ISS átlagsebessége a Föld körüli pályán 7,66 km/s, az átlagos magassága pedig 408 km.
Ekkora sebességnél az űrállomás gyakorlatilag folyamatos szabadesésben van, ami azt jelenti, hogy állandóan a Föld felé zuhan, de a hatalmas vízszintes sebessége miatt mindig „mellé lő” a bolygónak, és a horizont mögé kerül.
Bármilyen tárgy, amit az ISS-ről kidobnak, pontosan ugyanazzal a kezdősebességgel fog haladni, mint maga az űrállomás, és ehhez adódik hozzá az a sebesség, amit a kidobás pillanatában kap. Ha mondjuk egy papírrepülőt az ISS keringési irányával ellentétesen dobsz el, a sebessége egy minimális mértékben csökkenni fog.
A sebességcsökkenés következtében a tárgy alacsonyabb pályára kerül. Ahhoz, hogy az ISS-ről ledobott papírrepülő egyáltalán elinduljon a Föld felé, 80-90 m/s-mal kellene csökkenteni a sebességét. Ekkor a pályája jelentősen lejjebb kerülne, és elkezdene súrlódni a légkör legfelső rétegeivel, ami fokozatos lassuláshoz, és végül – néhány hónap múlva – a lezuhanáshoz vezetne.
Ahhoz, hogy az ISS-ről elindított papírrepülő már néhány napon belül leessen a Földre, körülbelül 7,5 km/s-ra kellene csökkenteni a sebességét, ami 160 m/s-os lassulást jelent. Így a pályája viszonylag gyorsan áthaladna a sűrűbb légköri rétegeken.
A sűrűbb légkör felé zuhanva a papírrepülő a levegőrészecskékkel való súrlódás miatt tovább lassulna, de a sebessége még így is óriási maradna (továbbra is kilométer per másodpercben mérhető). Ennél a sebességnél a légköri súrlódás már annyira erős, hogy a papírrepülő azonnal hamuvá égne, amint belép a sűrűbb rétegekbe.
De mi a helyzet akkor, ha strapabíróbb anyagból, például műanyagból, vasból vagy kerámiából készítjük el a repülőt? A helyzet az, hogy minden éghető anyag elkerülhetetlenül lángra kap a légkörbe éréskor, a nem éghető anyagok pedig brutálisan felforrósodnak és megolvadnak. Vagyis a műanyag repülő ugyanúgy elégné, a vas pedig megolvadna és apró cseppekként hullana szét a légkörben.
Pontosan emiatt borítják az űrhajókat nem éghető, extrém magas olvadáspontú anyagokkal – leggyakrabban speciális kerámiapajzsokkal. Ezek az anyagok elképesztő hőt képesek elnyelni és elvezetni anélkül, hogy megolvadnának.
Érdekesség, hogy a japán űrügynökség (JAXA) korábban komolyan tervezett egy kísérletet, amelynek során mintegy 100 darab, speciális hőálló bevonattal ellátott origamirepülőt dobtak volna le az ISS-ről, hogy teszteljék a légkörben való ereszkedés megvalósíthatóságát. Pénzügyi okok miatt azonban ezt a projektet végül sosem valósították meg.
Ahhoz tehát, hogy a repülőnk túlélje a légkört és elérje a Föld felszínét, speciális űrkerámiából kellene készülnie – de persze onnantól kezdve már nem is igazi „papírrepülő”. A nagy tömeg és a hatalmas zuhanási sebesség miatt ráadásul esélye sem lenne a finom landolásra, és a földet érés pillanatában azonnal darabokra törne.
