Pytanie:
W jakich okolicznościach obiekt wypadający ze statku kosmicznego zacząłby krążyć wokół tego statku?
Danubian Sailor
2013-07-18 01:34:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W jednym z opowiadań Stanisława Lema główny bohater, Ijon Tichy, przypadkowo zrzuca ze swojego statku kosmicznego kawałek wieprzowiny, a ta wieprzowina staje się satelitą statku kosmicznego, powodując zaćmienie jednej z gwiazd na regularnie.

Chociaż teoretycznie jest to możliwe, w jakich okolicznościach coś takiego byłoby możliwe? Nawet jeśli masa statku kosmicznego byłaby bardzo duża, obiekt musiałby opuścić go z bardzo małą prędkością względną, ale jak mała powinna być? A jak niebezpieczne byłyby takie „satelity”? Byłyby denerwujące, bo trochę zakłóciłyby obserwacje, ale czy istnieje inne potencjalne niebezpieczeństwo takiego zdarzenia?

Czy to nie jest kolejne pytanie, czy to temat: eksploracja kosmosu czy fizyka?
Zadałem wcześniej podobne pytanie na temat fizyki, obiekty są zbyt małe, aby orbitować, musiałby być niesamowicie blisko niej do tego stopnia, że ​​są prawie nie do odróżnienia jako oddzielne byty. Pytanie, które zadałem, dotyczyło kul do kręgli i kości w kosmosie. Jednak to było na czacie, a nie było to prawdziwe pytanie
Szkoda, że ​​to pytanie jest nie na temat - wydaje mi się dość interesujące. Myślę, że pierwsza część pytania (która sprowadza się do „czy obiekt może ustanowić orbitę wokół statku kosmicznego”) jest prawdopodobnie bardziej odpowiednia na [physics.se]. Jeśli odpowiedź brzmi „tak”, to drugie pytanie („Jakie niebezpieczeństwa mogą stanowić takie satelity dla statku kosmicznego”) może być bardziej na temat. mogą zlekceważyć skutki gorsze niż inne.
Dwa odpowiedzi:
#1
+16
Rody Oldenhuis
2013-07-18 02:43:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aby obiekt A był grawitacyjnie związany z innym ciałem B , które krąży wokół samego większego ciała C , A musi znajdować się wewnątrz kuli wzgórza ciała B .

Teraz wyprowadzenie promienia kuli Hilla nie bierze pod uwagę rzeczy, takich jak dziwnie ukształtowane stacje kosmiczne z bardzo złożonymi polami grawitacyjnymi, ale raczej zakłada idealnie sferycznie symetryczne ciała B silne>, C i bezmasowe A .

Więc koncepcja nie ma zastosowania w takiej postaci, w jakiej jest, ale używajmy jej mimo wszystko, zakładając, że cała ISS jest skompresowana w małą kulkę o jednorodnej gęstości, tak gęstej, na jaką pozwalają jej materiały. Biorąc za przykład tę „wyidealizowaną” ISS, mają zastosowanie następujące liczby:

  • masa: około 450 000 kg
  • wysokość: między 435 km a 330 km.
  • przy średnim promieniu Ziemi wynoszącym 6371 km, oznacza to
    • półoś główną o długości 6753,5 km
    • mimośród orbity 0,0078

Następnie, używając 5,972e24 kg na masę Ziemi, promień kuli Hill ISS wynosi około 2 metry.

Sfera Hilla to pełniejsza definicja sfery wpływów, czyli obszaru w przestrzeni, w którym grawitacja ciała B dominuje nad ciałem C. W przypadku ISS, kula wpływu wynosi około 15 cm.

Zatem biorąc pod uwagę te liczby i wiedząc, że jest prawdziwe pole grawitacyjne jest znacznie bardziej złożone niż tylko ta mała wyidealizowana kula, okrążenie ISS jest prawie niemożliwe. Jak zauważył AlanSE, możesz umieszczać rzeczy na pozornych orbitach, ale są one zwykle przejściowe i przestaną znajdować się blisko ISS po kilkudziesięciu takich „orbitach”. Innym sposobem zrozumienia tego jest przyjrzenie się problemowi trzech ciał, zwłaszcza wyprowadzeniu punktów Lagrange'a. Należy zauważyć, że sfera Hill jest obszarem, w którym występuje stabilność orbity (w przestrzeni fazowej równań różniczkowych, czyli nie orbit niebieskich), co oznacza, że ​​ciała zaczynają się tuż poza wzgórzem sfera będzie wykazywać rozbieżne zachowanie orbitalne, podczas gdy ciała, które zaczynają się tuż wewnątrz sfery Hilla, będą wykazywać stabilne lub zbieżne orbity.

Sytuacja się jednak zmieni, jeśli ISS zostanie umieszczony w głębokiej przestrzeni międzyalaktycznej, z dala od jakiegokolwiek ciała niebieskiego. W zasadzie perturbacje ze wszystkich tych odległych źródeł będą całkowicie nieistotne, a ISS grawitacyjnie zdominowałaby rozległy obszar w kosmosie, umożliwiając orbity wokół niego. Nie spodziewaj się jednak, że te orbity będą szybkie ; Nie obliczyłem liczb, ale spodziewam się, że cokolwiek rzuconego szybciej niż kilka mm / s będzie już przekraczać prędkość ucieczki ISS. Nie spodziewaj się też, że te orbity będą w pobliżu Keplerian; jak wspomniałem, rozkład masy ISS nie jest prawie regularny, więc orbity wokół niej będą również znacznie odbiegać od ładnych odcinków stożkowych.

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

W tradycyjnym rozumieniu satelity jest to błędne. Z dwóch bardzo dobrych powodów.

  1. Termin GM statku kosmicznego jest tak mały, że nawet najmniejszy ruch spowoduje, że boczek przekroczy jego prędkość ucieczki.
  2. Nawet jeśli statek kosmiczny były OGROMNE, stają się problemem kuli armatniej Newtona, gdzie powrócą dokładnie do punktu wyjścia

Jest bardzo inna rodzaj ruchu kołowego, który można jednak zaobserwować. Aby zapoznać się ze szczegółami matematycznymi, odpowiednie leczenie można znaleźć tutaj:

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

Zasadniczo, jeśli twój statek kosmiczny krąży wokół innego ciała, takiego jak Ziemia, to w zależności od tego, jak coś uwolnisz, może on krążyć wokół twojego statku. Jednym ze sposobów, aby to zobaczyć, jest przyjmowanie uzupełniających się orbit eliptycznych. Statek kosmiczny osiąga najwyższy punkt swojej orbity wokół Ziemi, gdy boczek osiąga najniższy punkt swojej orbity i odwrotnie. Jest to subtelny szczegół mechaniki orbitalnej, który wydaje się tańczyć wokół siebie.

Jednak nie jest to „prawdziwa” orbita, a pole mikrograwitacji ma bardzo wyjątkowe właściwości. Po pierwsze, dwa obiekty nie są ze sobą związane - z czasem mogą oddalać się od siebie z coraz większą odległością. Obiekty mogą również zamieniać się z powrotem i czwartym w tylko jednym kierunku, gdy orbity się przecinają. Mają tego wideo na ISS.

Problem z kulą armatnią Newtona również miałby zastosowanie. Jeśli szturchniesz klucz z ISS, może on wrócić do ciebie w ciągu 90 minut - czasu potrzebnego na jedną orbitę. Ruch zwolnienia, aby rozpocząć go po torze kołowym wokół ISS, wymagałby najpierw oddzielenia go.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...