Метеори згорають на висотах від 120 до 60 км, більшість у діапазоні 80 – 90 км. Що таке 80 км над нашою любою Землею? Це тиск повітря менший 1 Па, у сто тисяч разів менший за стандартний атмосферний. Якщо при 760 мм.рт.ст. (1 атм.) вільний пробіг молекул повітря складає 0,1 мкм, що відповідає діаметру клятого вірусу ковіду, то на 80 км він сягає 10 cм.

А якщо викинути ракетою літак на 100 км, нехай він увімкне реактивні двигуни та візьме гіперзвук? Взяти та політати звичайно можна, але трошки, паливо швидко закінчиться. Здається, китайці мріють топити авіаносці гіперзвуковими бомбами? З холодних висот ще треба долетіти до поверхні Землі, а зустріч буде вельми пекельною. Швидкість теплового потоку наростає пропорційно добутку густини повітря на куб швидкості тіла. До висоти 35 км тиск повітря вельми стрімко зростає:
80 км — 0,9 Па;
70 км — 4,6 Па;
60 км — 20 Па;
50 км — 76 Па (0,001 атм);
40 км — 278 Па (0,003 атм);
35 км — 556 Па (0,006 атм);
30 км — 0,0125 атм;
25 км — 0,025 атм;
20 км — 0,055 атм;
15 км — 0,12 атм;
10 км — 0,26 атм.

Може китайські науковці придумали супер-пупер нанотермостійкий матеріал? Експериментально доведено, що швидкість падіння парашутиста без розкриття парашуту не залежить від висоти падіння та складає у середньому 55 м/с, або ~ 200 км/год. Швидкість падіння залежить від маси та площі опору падаючого тіла. Галілео Галілею пощастило, що Пізанська вежа має висоту ~ 55 метри, а не 828 м, як «Бурдж Халіфа» у Дубаї. Бо не був би він тоді батьком експериментальної фізики, якщо б гарматне ядро та мушкетна куля не впали одночасно на фундамент біля Пізанської вежі.

Давайте, ще трішки фізики з математикою. Опір повітря зростає при падінні на Землю з-за збільшення його густини від висоти. А на збільшення швидкості падіння приходить «атвєтка», опір повітря зростає квадратично. Тобто, швидкість падаючого тіла стабілізується, навіть якщо до того його штучно прискорили. Маємо баланс сили тяжіння Землі та опору повітря:

mg = (C_d ρ S υ²) / 2, звідки υ = √ (2 mg / C_d ρ S).

Відомо, що на висоті 9 км совєтський спускний космічний апарат мав швидкість ~ 200 м/с. Візьмемо апарати типу «Восток» у вигляді кулі, масою 2460 кг, діаметром 2,3 м. густина повітря на висоті 9 км складає: ρ = 0,466 кг/м³. Коефіцієнт опору кулі: С_кулі = 0,4. Отримуємо, υ ≈ 250 м/с. Слід додати, що на висоті 30 км випускають проміжний парашут, який додатково пригальмовує.

А яка швидкість падіння метеориту на Землю? Найнебезпечніші та найміцніші залізні метеорити, де 6…12 % нікелю, решта залізо. Густина нікелю та заліза: ρ_Ni = 8902 кг/м³ та ρ_Fe= 7874 кг/м³, відповідно. Приймемо густину залізного метеориту ρ_Мет. = 8000 кг/м³, густина повітря на «нульовій» висоті ρ₀ = 1,225 кг/м³. Якщо прийняти, що метеорит має форму кулі:

υ = 462 √D, де D — діаметр кулі у метрах.

Або навпаки, отримаємо діаметр метеориту в залежності від швидкості з якою він впав на Землю:

D = (υ / 462)².

Швидкість у 5 Мах набуде метеорит діаметром 12 м з вагою 2 300 тонн. А 6 Мах забезпечить метеоритна куля вагою 8 775 тонн. Щось важкувата гіперзброя виходить.

Але ж гіпербомба не буде мати форму кулі, скоріше щось витягнуте з меншою лобовою поверхнею! Про «голку» можна забути, таке тіло швидко згорить ще у верхніх шарах атмосфери. Нехай це буде найефективніша краплевидна поверхня з коефіцієнтом опору: С_крап. = 0,04, тоді її маса дорівнює:

m [кг] = S υ² / 400.

Площу перерізу приймемо за еліпс (щоб було схоже на гарні малюнки гіперзвукових літаків) з великою віссю a та малою b. Маса падаючого тіла:

m = a b π υ² / 1600 ≈ a b υ² / 509.

Приймемо осі зброї-акули заввишки b = 1 м, вшир a = 2 м (таку ж площу перерізу має ракета діаметром 1,4 м), тоді маса:

m [кг] ≈ υ²[м/с] / 254, або
m [тонн] ≈ 4 υ²[км/с], — лаконічні формули цікавіші.

При швидкості 2 км/с, ~ 6 Мах, маса дорівнює ~ 16 тонн. Це вже набагато менше за метеорит. Авіаційна бомба може мати вагу до 20 тонн. Досвід показує, що така надважка авіабомба падає на Землю з надзвуковою швидкістю. Якщо взяти швидкість 342 м/c, то, не рахуючи атмосферу, бомбу треба скинути з висоти:

Н = υ² / 2g ≈ 6 км, — вона працює?

Але є одне але, для швидкості у 6 Мах потрібна висота у 200 км, 5 Мах потребує 130 км. Нарешті, мізерні 3,2 Мах вимагають висоти понад 50 км, з масою 4 тонни. А вже така ганьба, як 2 Мах, вимагає висоту скидання більшу за 22 км, с масою майже півтонни. Який бомбер візьме таку висоту з таким вантажем?

Висновки

— При швидкості 6 Мах плавиться титан.

— При швидкості 5 Мах, гіперзвуковий літак на висоті 25 км витратить у 20 разів більше пального, ніж дозвуковий на висоті 10 км.

— При збільшенні швидкості падіння удвічі, у чотири рази збільшується опір повітря, тому розганяти падаючу ракету немає сенсу. Швидкість падіння стабілізується, крім того, зростає густина повітря.

— Швидкість падіння залежить від маси тіла, площі поверхні, коефіцієнту опору та густині повітря. Для падіння на Землю зі швидкістю 5 Мах потрібна маса більша за 10 тонн, при умові ефективної аеродинамічної поверхні тіла.

— Для падіння на Землю зі швидкістю 5 Мах, висота початку падіння повинна бути не менша за 130 км. Для розгону на менших висотах, потрібно паливо, окислювач та потужні двигуни, які встигнуть розігнати більш ніж 10 тонну ракету у верхніх шарах атмосфери, де густина повітря ще дуже мала.

— Чи можна запущену на орбіту, надпотужними ракетоносіями, гіперзвукову бомбу спрямувати на авіаносець? Відповідь: витрачаючи пальне, треба знизити висоту орбіти до 150 км. Тоді бомба почне різко спускатися на Землю. Можна гарантувати, при точному розрахунку, попадання у Тихий океан.