アポロ・スペースシャトル・スターシップのプリセットで突入加熱を比較。速度・角度・弾道係数を変えて最大G・熱流束・壁面温度を探ろう。
$\rho(h) = \rho_0 e^{-h/H}$（H=7000 m）
$\dot{q}\approx C_h \rho^{0.5}V^3 R_n^{-0.5}$
平衡壁温: $\varepsilon\sigma T_w^4 = \dot{q}$
有人宇宙船の帰還：アポロ計画やソユーズ、クルードラゴンなど、地球帰還時の熱防護システム（TPS）設計の基本計算に用いられます。どの角度で突入するか（再突入回廊）は、この熱流束と加速度（最大G）の計算から決定されます。
再利用型宇宙機の設計：スペースシャトルやスペースXのスターシップのように、何度も再突入を繰り返す機体では、熱防護タイルや耐熱材の寿命予測に空力加熱の解析が不可欠です。シミュレーターの「スターシップ」プリセットはその一例です。
惑星探査機の着陸：火星や金星など、大気を持つ惑星への探査機突入でも同じ物理が働きます。大気組成や密度が異なるため、パラメータを調整した計算が必要になります。
極超音速ミサイルの開発：極超音速滑空体（HGV）など、長時間大気圏内を極超音速で飛行する兵器では、先端部の継続的な空力加熱と材料の耐熱性が最大の課題の一つとなっています。
このツールを使い始めるときに、特に気をつけてほしいポイントがいくつかあるよ。まず「熱流束が大きい場所＝機体が一番熱い場所」とは限らないということ。確かにノーズ先端には猛烈な熱流束がかかる。でも、熱が流れ込む「強さ」は熱流束だけど、部品が実際にどの温度まで上がるかは、その材料の熱容量や放熱のしやすさ（熱伝導率）で決まるんだ。例えば、熱流束が高いけど熱を素早く内部に伝えたり、後ろに捨てたりできる構造なら、表面温度は意外と低く抑えられる。逆に、断熱性の高い素材だと、熱がこもってじわじわ温度が上がり、内部機器がダメになることもある。シミュレーターの「平衡壁面温度」は、あくまで「十分な時間が経って、入ってくる熱と放射で出ていく熱が釣り合った状態」の理論値だからね。
次に、パラメータ設定の落とし穴。「速度」と「高度」は独立した変数ではないんだ。実際の再突入では、高度が下がるにつれて空気抵抗で速度がガクンと落ちる。このツールではシンプルにするために、ある瞬間の「条件」を入力して計算しているけど、実務では「軌道」全体を通した時間変化を追う「軌道計算」が必須だ。例えば、高度70kmで秒速7kmの状態と、高度40kmで秒速7kmの状態では、大気密度が100倍以上違うから、熱流束も大きく異なる値になる。ツールで遊ぶときは、高度と速度の組み合わせを現実的に考えるクセをつけよう。例えば「アポロ」プリセットの初期値（高度120km、速度11km/s）からスタートするのがおすすめだ。
最後に、この計算は「局所」の評価だという点。機体全体の温度分布や、熱が構造内部にどう伝わっていくか（熱伝導解析）は、もっと複雑なCAEソフト（熱流体連成解析：CHT）の領域だ。このツールは、TPS（熱防護システム）を設計する第一歩として「機体のどこが一番熱的に厳しいか」を見極める「スクリーニング」に使うイメージだよ。
アポロ司令船(V0=11.0km/s、γ=-5.5°、β=75kg/m²、Rn=1.0m)では最大熱流束8.2MW/m²、平衡壁面温度1840K、最大G値5.2gが得られます。一方スペースシャトル軌道船(V0=7.8km/s、γ=-1.5°、β=145kg/m²、Rn=0.23m)では同じ高度区間で熱流束0.68MW/m²、壁面温度960K、最大G値1.8gとなり、低角度再突入と高い弾道係数により加熱が著しく低減されることが明確に示されます