Vraag:
Onder welke omstandigheden zou een object dat uit een ruimtevaartuig valt, in een baan om dat ruimtevaartuig gaan cirkelen?
Danubian Sailor
2013-07-18 01:34:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In een van de korte verhalen van Stanislaw Lem laat de hoofdpersoon, Ijon Tichy, per ongeluk een stuk varkensvlees uit zijn ruimteschip vallen, en dit varken wordt een satelliet van het ruimteschip, waardoor een van de sterren verduisterd wordt. regelmatige basis.

Hoewel het theoretisch mogelijk is, onder welke omstandigheden zou zoiets mogelijk zijn? Zelfs als de massa van het ruimteschip erg groot zou zijn, zou het object het met een zeer lage relatieve snelheid moeten verlaten, maar hoe klein zou het moeten zijn? En hoe gevaarlijk zouden dergelijke 'satellieten' zijn? Ze zouden vervelend zijn, omdat ze de observaties een beetje zouden verstoren, maar is er een ander potentieel gevaar van een dergelijke gebeurtenis?

Is dit niet een andere vraag of dit een onderwerp is: verkenning van de ruimte versus natuurkunde?
Ik heb eerder een soortgelijke vraag gesteld over de fysica, de objecten zijn te klein, om er in een baan omheen te draaien zou het er waanzinnig dicht bij moeten zijn tot het punt dat ze bijna niet te onderscheiden zijn als afzonderlijke entiteiten. De vraag die ik stelde had betrekking op bowlingballen en dobbelstenen in de ruimte. Het was echter in de chat, geen echte vraag
Jammer dat deze vraag off-topic is - ik vind het nogal interessant. Ik denk dat het eerste deel van de vraag (die uiteenvalt in "is het mogelijk dat een object een baan rond een ruimtevaartuig vaststelt" waarschijnlijk geschikter is op [physics.se]. Als het antwoord is "ja", dan is de tweede vraag ("Welke gevaren zouden dergelijke satellieten kunnen vormen voor een ruimtevaartuig") hier wellicht meer ter discussie staan. Het zou echter waarschijnlijk meer moeten zijn afgestemd op een specifiek real-life ruimtevaartuig of een klasse kan ergere schokken afweren dan andere.
Twee antwoorden:
#1
+16
Rody Oldenhuis
2013-07-18 02:43:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wil een object A door zwaartekracht worden gebonden aan een ander lichaam B dat in een baan om een ​​groter lichaam C zelf draait, A moet zich in de Hill-bol van body B bevinden.

Nu houdt de afleiding van de straal van de Hill-bol geen rekening met zaken als vreemd gevormde ruimtestations met zeer complexe zwaartekrachtvelden, maar neemt het eerder perfect sferisch symmetrische lichamen aan. B sterk>, C , en een massaloze A .

Dus het concept is niet van toepassing zoals het is, maar laten we het toch gebruiken door aan te nemen dat het hele ISS is gecomprimeerd tot een kleine bol van homogene dichtheid, zo dicht als de materialen dat toelaten. Als we dit 'geïdealiseerde' ISS als voorbeeld nemen, zijn de volgende cijfers van toepassing:

  • massa: ongeveer 450.000 kg
  • hoogte: tussen 435 km en 330 km.
  • met de gemiddelde straal van de aarde 6371 km, betekent dit
    • een semi-hoofdas van 6753,5 km
    • een excentriciteit van de baan van 0,0078

Als we dan 5.972e24 kg gebruiken voor de massa van de aarde, is de straal van de bol van het ISS Hill ongeveer 2 meter.

De Hill-bol is een completere definitie van de invloedssfeer, het gebied in de ruimte waar de zwaartekracht van lichaam B domineert over lichaam C.Voor het ISS is de invloedsfeer is ongeveer 15 cm.

Dus gezien deze cijfers, en wetende dat het waar zwaartekrachtveld veel complexer is dan alleen die kleine geïdealiseerde bol, is het vrijwel onmogelijk om in een baan om het ISS te cirkelen. Zoals AlanSE opmerkte, kun je dingen in schijnbare banen plaatsen, maar deze zijn normaal gesproken slechts van voorbijgaande aard en zullen na enkele tientallen van deze "banen" niet meer dicht bij het ISS zijn. Een andere manier om dat te begrijpen, is door te kijken naar het drie-lichamenprobleem, met name naar de afleiding van de Lagrange-punten. Het ding om op te merken is dat de Hill-bol het gebied is waar er orbitale stabiliteit is (in de faseruimte van de differentiaalvergelijkingen dat wil zeggen, niet de hemelbanen), wat betekent dat lichamen die net buiten de heuvel beginnen bol zal divergerend orbitaal gedrag vertonen, terwijl lichamen die net binnen de Hill-bol beginnen stabiele of convergerende banen zullen vertonen.

Dingen zullen echter veranderen als het ISS in een diepe interalactische ruimte zou worden geplaatst, ver weg van enig hemellichaam. In principe zullen verstoringen van al die afgelegen bronnen volledig verwaarloosbaar zijn, en het ISS zou door zwaartekracht een uitgestrekt gebied in de ruimte domineren, waardoor banen eromheen mogelijk worden. Verwacht echter niet dat deze banen snel zijn; Ik heb de cijfers niet uitgevoerd, maar ik verwacht dat alles dat sneller wordt gegooid dan een paar mm / s, al voorbij de ontsnappingssnelheid van ISS zal gaan. Verwacht ook niet dat deze banen in de buurt van Keplerian zullen zijn; zoals ik al zei, de massaverdeling van het ISS is verre van regelmatig, en dus zullen de banen eromheen ook significant afwijken van mooie kegelsneden.

#2
+11
AlanSE
2013-07-18 01:51:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In de conventionele betekenis van een satelliet is dit verkeerd. Om twee zeer goede redenen hier.

  1. De GM-term van het ruimteschip is zo klein dat zelfs de geringste beweging het spek buiten zijn ontsnappingssnelheid brengt.
  2. Zelfs als het ruimteschip ENORM waren, wordt het een kanonskogelprobleem van Newton, waar het terugreist naar precies het punt van vrijgave

Er is een heel ander een soort cirkelvormige beweging die echter kan worden waargenomen. Voor de wiskundige details kun je hier voldoende behandeling vinden:

https://physics.stackexchange.com/questions/24816/what-exactly-is-the-microgravity-field-in-orbit

Als je ruimteschip in een baan om een ​​ander lichaam draait, zoals de aarde, kan het, afhankelijk van hoe je iets loslaat, in cirkels rond je schip zweven. Een manier om dit te zien is door complementaire elliptische banen aan te nemen. Het ruimteschip bereikt het hoogste punt van zijn baan rond de aarde terwijl het spek het dieptepunt van zijn baan bereikt, en vice versa. Het is een subtiel detail van de orbitale mechanica dat ze om elkaar heen lijken te dansen.

Dit is echter geen "echte" baan en het microzwaartekrachtsveld van de baan heeft zeer unieke eigenschappen. Om te beginnen zijn twee objecten niet aan elkaar gebonden - na verloop van tijd kunnen ze met steeds grotere afstand uit elkaar zweven. Objecten kunnen ook terug en vierde in slechts één richting wisselen terwijl de banen elkaar kruisen. Ze hebben hiervan video's op het ISS.

Het kanonskogelprobleem van Newton zou ook van toepassing zijn. Als je vanuit het ISS een duwtje hebt gegeven tegen een moersleutel, kan deze binnen 90 minuten terugkomen - de tijd die een baan nodig heeft. De vrijgavebeweging om het in een cirkelvormig pad rond het ISS te starten, zou eerst moeten worden gescheiden.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...