Domanda:
In quali circostanze un oggetto che cade dal veicolo spaziale inizierebbe a orbitare attorno a quel veicolo spaziale?
Danubian Sailor
2013-07-18 01:34:30 UTC
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In uno dei racconti di Stanislaw Lem, il personaggio principale, Ijon Tichy, lascia cadere accidentalmente un pezzo di maiale dalla sua astronave, e questo maiale diventa un satellite dell'astronave, provocando l'eclissi di una delle stelle base regolare.

Anche se in teoria è possibile, in quali circostanze sarebbe possibile qualcosa del genere? Anche se la massa dell'astronave fosse molto grande, l'oggetto dovrebbe lasciarlo con una velocità relativa molto bassa, ma quanto piccola dovrebbe essere? E quanto sarebbero pericolosi questi "satelliti"? Sarebbero fastidiosi, perché disturberebbero un po 'le osservazioni, ma c'è qualche altro potenziale pericolo di tale evento?

Non è un'altra domanda su questo argomento è l'esplorazione dello spazio contro la fisica?
Ho fatto una domanda simile sulla fisica prima, gli oggetti sono troppo piccoli, per poter orbitare dovrebbe essere follemente vicino ad esso al punto che sono quasi indistinguibili come entità separate. La domanda che ho posto era relativa alle palle da bowling e ai dadi nello spazio. Tuttavia era in chat, non una vera domanda
Peccato che questa domanda sia fuori tema, la trovo piuttosto interessante. Penso che la prima parte della domanda (che si divide in "è possibile per un oggetto stabilire un'orbita attorno a un veicolo spaziale" è probabilmente più adatta su [physics.se]. Se la risposta è "sì", poi la seconda domanda ("Quali pericoli potrebbero rappresentare questi satelliti per un veicolo spaziale") potrebbe essere più in tema qui. Tuttavia, probabilmente dovrebbe essere più adattata a una specifica astronave reale o classe di veicoli spaziali, poiché sono sicuro che alcuni può scrollarsi di dosso gli impatti peggiori di altri.
Due risposte:
#1
+16
Rody Oldenhuis
2013-07-18 02:43:06 UTC
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Affinché un oggetto A sia legato gravitazionalmente a un altro corpo B che orbita attorno a un corpo più grande C stesso, A deve trovarsi all'interno della sfera Hill del corpo B .

Ora, la derivazione del raggio della sfera di Hill non tiene conto di cose come stazioni spaziali di forma strana con campi gravitazionali molto complessi, ma piuttosto assume corpi perfettamente sfericamente simmetrici B , C e una A senza massa.

Quindi il concetto non si applica così com'è, ma usiamolo comunque partendo dal presupposto che tutta la ISS sia compressa in una piccola sfera di densità omogenea, densa quanto i suoi materiali lo consentono. Prendendo questa ISS "idealizzata" come esempio, si applicano i seguenti numeri:

  • massa: circa 450.000 kg
  • altitudine: tra 435 km e 330 km.
  • con il raggio medio della Terra 6371 km, ciò implica
    • un semiasse maggiore di 6753,5 km
    • un'eccentricità orbitale di 0,0078

Quindi, usando 5,972e24 kg per la massa della Terra, il raggio della sfera Hill della ISS è di circa 2 metri.

La sfera Hill è una definizione più completa della sfera di influenza, che è la regione nello spazio in cui la gravità del corpo B domina sul corpo C.Per l'ISS, la sfera di influenza è di circa 15 cm.

Quindi, dati questi numeri, e sapendo che il campo gravitazionale è vero è molto più complesso di quella piccola sfera idealizzata, è praticamente impossibile orbitare attorno alla ISS. Come ha notato AlanSE, puoi mettere le cose in orbite apparenti , ma queste sono normalmente solo transitorie e cesseranno di essere vicine alla ISS dopo poche dozzine di queste "orbite". Un altro modo per capirlo è guardare al problema dei tre corpi, in particolare alla derivazione dei punti di Lagrange. La cosa da notare è che la sfera di Hill è la regione in cui c'è la stabilità orbitale (nello spazio delle fasi delle equazioni differenziali, cioè non le orbite celesti), ovvero i corpi che iniziano appena fuori dalla collina la sfera mostrerà un comportamento orbitale divergente , mentre i corpi che iniziano appena all'interno della sfera di Hill mostreranno orbite stabili o convergenti .

Le cose cambieranno però se la ISS fosse collocata nello spazio interalattico profondo, lontano da qualsiasi corpo celeste. In linea di principio, le perturbazioni da tutte quelle sorgenti remote saranno completamente trascurabili e la ISS dominerebbe gravitazionalmente una vasta regione nello spazio, rendendo possibili orbite attorno ad essa. Non aspettarti però che queste orbite siano veloci ; Non ho controllato i numeri, ma mi aspetto che qualsiasi cosa lanciata più velocemente di pochi mm / s si muoverà già oltre la velocità di fuga della ISS. Inoltre, non aspettarti che queste orbite siano vicine a Keplerian; come ho detto, la distribuzione di massa della ISS non è affatto regolare, quindi anche le orbite attorno ad essa devieranno in modo significativo dalle belle sezioni coniche.

#2
+11
AlanSE
2013-07-18 01:51:27 UTC
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Nel senso convenzionale di un satellite questo è sbagliato. Per due ottime ragioni qui.

  1. Il termine GM della nave spaziale è così piccolo che anche il minimo movimento metterà la pancetta fuori dalla sua velocità di fuga
  2. Anche se la nave spaziale erano ENORMI, diventa un problema di palla di cannone di Newton, dove tornerà esattamente al suo punto di rilascio

C'è un diverso tipo di movimento circolare che può essere osservato, tuttavia. Per le specifiche matematiche puoi trovare un trattamento sufficiente qui:

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

Fondamentalmente, se la tua astronave orbita attorno a un altro corpo, come la Terra, a seconda di come rilasci qualcosa, potrebbe fluttuare in circolo attorno alla tua nave. Un modo per vederlo è assumere orbite ellittiche complementari. L'astronave raggiunge il punto più alto della sua orbita attorno alla Terra mentre la pancetta raggiunge il punto più basso della sua orbita e viceversa. È un sottile dettaglio della meccanica orbitale che possano sembrare danzare l'uno intorno all'altro.

Tuttavia, questa non è un'orbita "vera" e il campo di microgravità dell'orbita ha proprietà davvero uniche. Per cominciare, due oggetti non sono legati l'uno all'altro: nel tempo possono allontanarsi a una distanza sempre maggiore. Gli oggetti possono anche essere scambiati all'indietro e al quarto in una sola una direzione mentre le orbite si incrociano. Hanno video di questo sulla ISS.

Anche il problema della palla di cannone di Newton si applicherebbe. Se dai un colpetto a una chiave dalla ISS, può tornare da te entro 90 minuti, il tempo impiegato per un'orbita. Il movimento di rilascio per avviarlo in un percorso circolare attorno alla ISS richiederebbe prima la separazione.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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