Possible Paths for Re-Entry Into the Earth’s Gravitational Field Avoiding the Radiation Belts

Abstract

Possible Paths for Re-Entry Into the Earth’s Gravitational Field Avoiding the Radiation Belts. Although it is quite possible to traverse the radiation belts sufficiently rapidly to avoid a lethal radiation dose to a human pilot, the vehicle itself will become radioactive, and act as a secondary source, particularly if the vehicle has thick shielding material.

Most solar system trajectories will lie close to the plane of the earth’s orbit (ecliptic). However, it is suggested in this paper that re-entry into the atmosphere should take place in the polar plane, by a very slight inclination of the transfer orbit. This will enable braking ellipses to miss the outer (electron) and the inner (proton) belts altogether, by having successive apogees outside, between and inside these radiation belts. An alternative solution is to have a single intermediate braking ellipse having apogee between the belts at about 5000 miles altitude (8000 km).

Some useful re-entry trajectories have been calculated on a digital computer, both for non lifting ballistic vehicles, and for vehicles having a lift/drag ratio of unity. In the latter case the pilot is able to vary his trajectory, and incidentally to raise his perigee height by the application of positive lift followed by a 180° roll and a period of negative lift.

Zusammenfassung

Rückkehrbahnen zur Erdoberfläche unter Vermeidung der Strahlungsgürtel. Wenn es auch durchaus möglich ist, die Strahlungsgürtel so rasch zu durchqueren, daß tödliche Strahlungsdosen für die Besatzung vermieden werden können, so wird doch das Fahrzeug selbst radioaktiv und sendet Sekundärstrahlung aus.

Die meisten Bahnen in unserem Sonnensystem sind wenig gegen die Ekliptik geneigt. Es wird nun vermutet, daß Rückkehrbahnen in die Atmosphäre ungefähr in einer Meridianebene liegen sollen. Dies verlangt,,Bremsellipsen” außerhalb, zwischen und innerhalb der Strahlungsgürtel, wobei auch die entsprechenden Apogäen außerhalb, zwischen und innerhalb dieser Strahlungsgürtel liegen sollen.

Mit Hilfe eines Digitalrechners wurden derartige Bahnen für ballistische Flugkörper ohne Auftrieb und für Fahrzeuge mit einem Auftriebs-Widerstands-Verhältnis Eins ermittelt. In letzterem Falle kann der Pilot die Bahn ändern, insbesondere die Höhe des Perigäums beeinflussen.

Résumé

Orbites possibles de rentrée dans le champ de gravitation terrestre évitant les ceintures de radiation. Quoique cela soit tout à fait possible de traverser les ceintures de radiation suffisamment vite pour éviter au pilote une dose de radiation mortelle, l’engin lui-même deviendra radioactif, et agira comme une source secondaire, particulièrement s’il possède un épais blindage.

La plupart des trajectoires dans le système solaire seront dans un plan proche de celui de l’orbite terrestre (écliptique). Toutefois, il est conseillé dans cet article que la rentrée dans l’atmosphère se fasse dans un plan polaire, ce qui est possible par une légère inclinaison de l’orbite de transfert. Ceci conduira à freiner les ellipses, pour éviter simultanément la ceinture extérieure d’électrons et celle intérieure de protons, en ayant successivement des apogées à l’extérieur des deux ceintures de radiation, entre elles deux puis à l’intérieur de la plus proche. Une solution alternative serait d’avoir une seule ellipse intermédiaire de freinage ayant un apogée entre les ceintures à environ 5000 milles d’altitude (8000 km).

Quelques trajectoires utiles de rentrée ont été calculées tant pour des engins n’offrant pas de portance aérodynamique, que pour des engins possédant un rapport portance sur tramée égal à l’unité. Dans ce dernier cas, le pilote peut faire varier sa trajectoire, et incidemment faire croître son périgée, en se servant d’une portance positive, suivie d’un tonneau de 180° et d’une période à portance négative.