دخول الغلاف الجوي

الدخول الجوي (بالإنجليزية: Atmospheric entry) أو اعادة الدخول (بالإنجليزية:  Reentry) هو مصطلح يطلق على حركة الأجسام الطبيعية أو تلك التي من صنع الإنسان عند دخولها الغلاف الجوي لجرم سماوي من الفضاء الخارجي— في حالة كوكب الأرض يكون ذلك عند عبورها خط كارمان؛ من إرتفاع أعلي من (100 كم) فوق منسوب سطح البحر. هذه المقالة تتركز في المقام الأول حول عملية "اعادة الدخول المَحْكوم" للمركبات التي يُراد لها أن تصل إلى سطح الكواكب سليمة، ولكن الموضوع يشمل أيضاً الحالات الغير المحَكومة (أو التي لا تتطلب إلا تحكماً بسيطاً)، والتي قد تحدث عمداً أو عرضياً، مثل الإخراج المدمر للأقمار الصناعية عن مدارها، وسقوط "المخلفات الفضائية" إلي سطح الكوكب بسبب التلاشي المداري.
معظم الأجسام التي تدخل الغلاف الجوي لا تكون قد انطلقت بالضبط من أعلاه من حالة السكون، وإنما تكون قد دخلته بسرعة أقصى من الصوت لأنها تتحرك في مسارات دون مدارية (مثل مركبات اعادة الدخول للصواريخ العابرة للقارات)، أو مدارية (مثل مكوك الفضاء)، أو غير مقيدة (مثل الشهب). وبالتالي، دخول الغلاف الجوي المحكوم غالباً ما يتطلب أساليب خاصة للحماية ضد التسخين الحركي الهوائي الشديد. وقد تم تطوير تقنيات متقدمة شتى للتمكين من اعادة الدخول الجوي والطيران بسرعات قصوى.

نبذة تاريخية

لقد وصِفَت فكرة درع الحرارة المُتَذَرّي في وقت مبكر من عام 1920 من قبل روبرت جوددارد فقال: "بالنسبة للشهب التي تدخل الغلاف الجوي بسرعات تصل إلى 48 كيلومتر (30 ميل) في الثانية، فان باطن تلك الشهب يظل بارداً، والتآكل الحادث لها يكون، إلى حد كبير، ناتج من التشظي أو التشقق للسطح الذي تم تسخينه فجأة. لهذا السبب، إذا كان السطح الخارجي للجهاز يتألف من طبقات من مادة صلبه صعبة الإنصهار إلى حد بعيد مع طبقات من موصل حراري ردئ، وفان السطح لن يتآكل إلى أي حد كبير، خاصة وأن سرعة الجهاز لن تكون تقريباً بذلك العلو كما تكون في حالة نيزك متوسط الحجم".
بدأ التطوير العملي لنظم اعادة الدخول عندما زاد مدى وسرعة اعادة الدخول للصواريخ الباليستية. بالنسبة لبواكير الصواريخ قصيرة المدى، مثل الصاروخ فاو-2 (V-2)، كان الثبات والإجهاد الحركي الهوائى (الأيرودينمي) من القضايا الهامة (فقد تحطم العديد من صواريخ "فاو-2" أثناء مرحلة اعادة الدخول)، ولكن لم يشكل الارتفاع في حرارة سطح الصاروخ مشكلة خطيرة. الصواريخ متوسطة المدى مثل الصاروخ السوفيتي آر-5، ذو المدى 1200 كيلومتر، تتطلب تدريع حراري مصنوع من مركب سيراميكي يستخدم مع مركبات اعادة الدخول القابلة للانفصال (فقد كان غير ممكناً آن ذاك لهيكل الصاروخ بأكمله أن ينجو من مرحلة اعادة الدخول). لم يكن تطوير أول صاروخ عابر للقارات، ذا نطاق يتراوح بين 8000 و 12,000 كم، ممكناً الا بتطور الدروع الحرارية المُتَذَرّية الحديثة والمركبات ذات الشكل الكليل. كان رائد هذه التكنولوجيا، في الولايات المتحدة الأمريكية، هو هـ. جوليان ألين في مركز بحوث أميس.

المصطلحات والتعاريف واللغة الإصطلاحية

على مدى عقود منذ الخمسينات، نمت مصطلحات تقنية غنية حول هندسة المركبات المصممة لدخول أجواء الكواكب. فمن المستحسن أن يراجع القارئ 
معجم المصطلحات قبل الشروع في الاستمرار في قراءة هذه المقالة عن اعادة دخول الغلاف الجوي.

مركبات الدخول ذات الجسم الكليل (غير الحاد)

صور الظل البيانية الأربعة في الاطار تمثل التصورات الفكرية المبكرة لمركبات اعادة الدخول. التصوير بالظل البياني هي عملية تصوير تجعل الاضطرابات الحادثة في "سائل متدفق عند سرعة عالية" مرئية، وفيها ينكسر الضوء المار خلال السائل المتدفق تبعاً لمدروج كثافة السائل وينتج عن ذلك مناطق ساطعة و داكنة على شاشة توضع وراء السائل.
في الولايات المتحدة، قام هـ. جوليان ألين وأ.ج. إيجرز الابن، في اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) باكتشاف غير بديهي في عام 1951  وذلك أن الشكل الكليل (الذي يتسبب في قوة سحب أو مقاومة عالية) هو أكثر الأشكال فعالية بالنسبة لدرع الحرارة. فقد أظهر ألين وإيجرز، باستخدام مبادئ هندسية بسيطة، أن الحمل الحراري الذي تعاني منه "مركبة الدخول" يتناسب عكسياً مع معامل السحب، أي كلما زادت قوة السحب (المقاومة)، قل الحمل الحراري. فانه بتشكيل "مركبة اعادة الدخول" كجسم كليل (أو غير حاد)، لا يتمكن الهواء أسفل الجسم من "الخروج من طريقه" بسرعة كافية، وبذلك يعمل الهواء المحبوس كوسادة تدفع بالموجة الصدمية وطبقة الصدم المُسَخَنَة إلى الأمام (بعيداً عن المركبة). وبما أن أغلب الغازات الساخنة لا تصبح بذلك الشكل على اتصال مباشر بالمركبة، فإن الطاقة الحرارية سوف تُحبس في الغاز المصدوم وتتحرك ببساطة حول المركبة ثم تتبدد في الغلاف الجوي لاحقاً.
على الرغم من أنه قد تم التعامل مع ذلك الاكتشاف في البداية باعتباره سر عسكري، الا أنه قد نشر في نهاية المطاف من قبل ألين وإيجرز في عام 1958.