Frage:
Unter welchen Umständen würde ein Objekt, das aus einem Raumschiff fällt, dieses Raumschiff umkreisen?
Danubian Sailor
2013-07-18 01:34:30 UTC
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In einer der Kurzgeschichten von Stanislaw Lem lässt die Hauptfigur Ijon Tichy versehentlich ein Stück Schweinefleisch aus seinem Raumschiff fallen, und dieses Schweinefleisch wird zum Satelliten des Raumschiffs und verursacht die Sonnenfinsternis eines der Sterne regelmäßige Basis.

Während es theoretisch möglich ist, unter welchen Umständen wäre so etwas möglich? Selbst wenn die Masse des Raumschiffs sehr groß wäre, müsste das Objekt es mit sehr geringer relativer Geschwindigkeit verlassen, aber wie wenig sollte es sein? Und wie gefährlich wären solche "Satelliten"? Sie wären ärgerlich, weil sie die Beobachtungen ein wenig stören würden, aber gibt es eine andere potenzielle Gefahr für ein solches Ereignis?

Ist das nicht eine andere Frage, ist dies ein Thema Weltraumforschung gegen Physik?
Ich habe zuvor eine ähnliche Frage zur Physik gestellt, die Objekte sind zu klein, um sie zu umkreisen, müsste sie wahnsinnig nahe daran sein, bis zu dem Punkt, dass sie als separate Einheiten fast nicht mehr zu unterscheiden sind. Die Frage, die ich stellte, bezog sich auf Bowlingkugeln und Würfel im Weltraum. Es war jedoch im Chat, keine wirkliche Frage
Schade, dass diese Frage nicht zum Thema gehört - ich finde sie ziemlich interessant. Ich denke, der erste Teil der Frage (der sich auf "Ist es möglich, dass ein Objekt eine Umlaufbahn um ein Raumschiff herstellt" auflöst, ist auf [physik.se] wahrscheinlich besser geeignet. Wenn die Antwort dort "Ja" lautet, dann könnte die zweite Frage ("Welche Gefahren könnten solche Satelliten für ein Raumschiff darstellen") hier thematischer sein. Sie sollte jedoch wahrscheinlich eher auf ein bestimmtes reales Raumschiff oder eine bestimmte Klasse von Raumfahrzeugen zugeschnitten sein, wie ich sicher bin kann schlimmere Stöße abschütteln als andere.
Zwei antworten:
#1
+16
Rody Oldenhuis
2013-07-18 02:43:06 UTC
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Damit ein Objekt A gravitativ an einen anderen Körper B gebunden wird, der einen größeren Körper C selbst umkreist, A muss sich innerhalb der Hügelkugel des Körpers B befinden.

Bei der Ableitung des Radius der Hill-Kugel werden Dinge wie seltsam geformte Raumstationen mit sehr komplexen Gravitationsfeldern nicht berücksichtigt, sondern perfekt sphärisch symmetrische Körper B angenommen. stark>, C und ein masseloses A .

Das Konzept gilt also nicht wie es ist, aber wir verwenden es trotzdem, indem wir davon ausgehen, dass die gesamte ISS zu einer kleinen Kugel mit homogener Dichte komprimiert ist, so dicht wie es die Materialien zulassen. Am Beispiel dieser "idealisierten" ISS gelten die folgenden Zahlen:

  • Masse: ungefähr 450.000 kg
  • Höhe: zwischen 435 km und 330 km.
  • mit einem mittleren Radius der Erde von 6371 km impliziert dies
    • eine Semi-Major-Achse von 6753,5 km
    • eine Exzentrizität der Umlaufbahn von 0,0078

Bei Verwendung von 5,972e24 kg für die Masse der Erde beträgt der Radius der ISS-Hügelkugel etwa 2 Meter.

Die Hill-Kugel ist eine vollständigere Definition der Einflusssphäre, der Region im Raum, in der die Schwerkraft von Körper B über Körper C dominiert. Für die ISS ist die Einflussbereich beträgt ca. 15 cm.

Angesichts dieser Zahlen und des Wissens, dass das wahre Gravitationsfeld weitaus komplexer ist als nur diese kleine idealisierte Kugel, ist es so gut wie unmöglich, die ISS zu umkreisen. Wie AlanSE bemerkte, können Sie Dinge in scheinbare Umlaufbahnen bringen, aber diese sind normalerweise nur vorübergehend und werden nach einigen Dutzend dieser "Umlaufbahnen" nicht mehr in der Nähe der ISS sein. Eine andere Möglichkeit, dies zu verstehen, besteht darin, das Drei-Körper-Problem zu betrachten, insbesondere die Ableitung der Lagrange-Punkte. Zu beachten ist, dass die Hill-Kugel die Region ist, in der Orbitalstabilität (im Phasenraum der Differentialgleichungen, dh keine Himmelsbahnen) herrscht, dh Körper, die direkt außerhalb des Hill beginnen Die Kugel zeigt divergierendes Orbitalverhalten, während Körper, die direkt innerhalb der Hill-Kugel beginnen, stabile oder konvergierende Bahnen zeigen.

Die Dinge werden sich jedoch ändern, wenn die ISS in einen tiefen interalaktischen Raum gebracht wird, weit weg von jedem Himmelskörper. Im Prinzip werden Störungen von all diesen entfernten Quellen völlig vernachlässigbar sein, und die ISS würde eine weite Region im Weltraum gravitativ dominieren und Umlaufbahnen darüber ermöglichen. Erwarten Sie jedoch nicht, dass diese Umlaufbahnen schnell sind. Ich habe die Zahlen nicht eingegeben, aber ich gehe davon aus, dass sich alles, was schneller als ein paar mm / s geworfen wird, bereits über die Fluchtgeschwindigkeit der ISS hinaus bewegt. Erwarten Sie auch nicht, dass sich diese Umlaufbahnen in der Nähe von Keplerian befinden. Wie ich bereits erwähnt habe, ist die Massenverteilung der ISS bei weitem nicht regelmäßig, und daher werden auch die Umlaufbahnen darüber erheblich von schönen Kegelschnitten abweichen.

#2
+11
AlanSE
2013-07-18 01:51:27 UTC
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Im herkömmlichen Sinne eines Satelliten ist dies falsch. Aus zwei sehr guten Gründen.

  1. Der GM-Begriff des Raumschiffs ist so klein, dass selbst die geringste Bewegung den Speck außerhalb seiner Fluchtgeschwindigkeit bringt.
  2. Auch wenn das Raumschiff Wenn es RIESIG wäre, würde es zu einem Newtons Kanonenkugel -Problem werden, bei dem es genau zu seinem Veröffentlichungspunkt zurückkehrt.
  3. ol>

    Es gibt ein ganz anderes Art der Kreisbewegung, die jedoch beobachtet werden kann. Für die mathematischen Besonderheiten finden Sie hier eine ausreichende Behandlung:

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

    Wenn Ihr Raumschiff einen anderen Körper wie die Erde umkreist, kann es je nachdem, wie Sie etwas freigeben, im Kreis um Ihr Schiff schweben. Eine Möglichkeit, dies zu sehen, besteht darin, komplementäre elliptische Bahnen anzunehmen. Das Raumschiff erreicht den Höhepunkt seiner Umlaufbahn um die Erde, während der Speck den Tiefpunkt seiner Umlaufbahn erreicht und umgekehrt. Es ist ein subtiles Detail der Orbitalmechanik, dass sie scheinbar umeinander tanzen.

    Dies ist jedoch keine "echte" Umlaufbahn, und das Mikrogravitationsfeld der Umlaufbahn hat sehr einzigartige Eigenschaften. Zunächst sind zwei Objekte nicht aneinander gebunden - im Laufe der Zeit können sie mit immer größerer Entfernung auseinander schweben. Objekte können auch in nur einer Richtung zurück und viert tauschen, wenn sich die Umlaufbahnen kreuzen. Sie haben Videos davon auf der ISS.

    Das Newtonsche Kanonenkugelproblem würde ebenfalls zutreffen. Wenn Sie einen Schraubenschlüssel von der ISS angestupst haben, kann er innerhalb von 90 Minuten zu Ihnen zurückkehren - die Zeit, die für eine Umlaufbahn benötigt wird. Die Freigabebewegung, um es in einer Kreisbahn um die ISS zu starten, würde erfordern, es zuerst zu trennen.



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