Diese Frage hat viele „Was wäre wenn“-Fragen, also vereinfachen wir sie:
Angenommen, die Erde ist perfekt kugelförmig
Angenommen, kein Wind oder ähnliches, nur eine einfache Atmosphäre, die im Allgemeinen gleichmäßig ist (aber die Dichte ändert, wenn der Ball durch die Atmosphäre fällt, aber so tun, als gäbe es keine Wolken oder Luftströmungen).
Die Bleikugel ist ziemlich schwer und baut sich in der Atmosphäre überhaupt nicht ab, da ihr "magisches Blei"
Angenommen, wir befinden uns in einem Raumschiff, das eine Umlaufbahn um einen bestimmten Bodenfleck auf dem Planeten aufrechterhält (z. B. einen 1 x 1 Meter großen Brocken auf der Oberfläche des Planeten). Mit anderen Worten, wenn wir aus diesem 1x1-Patch eine Oberflächennormale herausschießen, zeigt sie direkt auf das Raumschiff, wenn wir den Vektor entlang seiner Normalen verlängern. Nehmen Sie außerdem an, dass das Raumschiff in einer bestimmten Höhe die perfekte Geschwindigkeit beibehält um es ständig in Übereinstimmung mit dieser Oberflächennormalität zu halten (was erfordern kann, dass es ständig Schub liefert, um dies aufrechtzuerhalten, aber ich bin mir nicht sicher).
Wir beschließen, eine Bleikugel aus dem Boden unseres Schiffes zu werfen.
Gibt es eine Möglichkeit zu berechnen, wo es bei einer bestimmten Höhe landen würde? Wie groß ist die Entfernung vom Boden zum Schiff? Würde der Planet es zu sich herunterziehen oder würde es in der Umlaufbahn bleiben? Wir können davon ausgehen, dass wir es nicht aus der Luke oder irgendetwas in Richtung des Planeten geschoben haben, sondern es eher "losgelassen" haben.
Dinge, die ich nicht weiß, sind, wie groß die Reichweite ist, dass ein Objekt immer eingezogen wird (anstatt in die Umlaufbahn), und ob die Geschwindigkeit des umkreisenden Schiffes es in der Umlaufbahn belassen würde oder nicht.
Es wäre cool zu wissen, ob dies auf eine Formel wie die Höhe abstrahiert werden könnte von der Oberfläche und Radius des Planeten und eine ständig abnehmende atmosphärische Dichte (relativ zu ), die gegebenenfalls integriert werden müssen, um die Berechnungen zu beeinflussen.
Wir beschließen, eine Bleikugel aus dem Boden unseres Schiffes zu werfen.
Es ist einer dieser hartnäckigen urbanen Mythen , dass man ein Objekt von einem Satelliten „abwerfen“ kann und dass das Objekt dann sauber auf die Erde fällt (vermutlich mit großer Geschwindigkeit!).
Aber du kannst nicht.
Angenommen, Sie erreichen eine Trennung zwischen dem Satelliten und dem Objekt, dann würde das Objekt aufgrund der Impulserhaltung zu einem neuen Satelliten, der neben dem ersten Satelliten umkreist. Und zwar auf gleicher Höhe und mit gleicher Umlaufgeschwindigkeit.
Die einzige Möglichkeit, das Objekt an die Erde heranzuführen, besteht darin, entsprechende Triebwerke darauf anzuwenden. Es wird nicht frei auf die Erde fallen.
Bedenken Sie auch: Wenn es anders wäre, würde jeder Weltraumspaziergang von einem Shuttle oder der ISS in einem blutigen Desaster enden!
Wir beschließen, eine Bleikugel aus dem Boden unseres Schiffes zu werfen.
Würde der Planet es zu sich herunterziehen oder würde es in der Umlaufbahn bleiben? Wir können davon ausgehen, dass wir es nicht aus der Luke oder irgendetwas in Richtung des Planeten geschoben haben, sondern es eher "losgelassen" haben.
Wenn Sie einfach eine Bleikugel aus dem Schiffsboden fallen lassen, ohne sie zu drücken oder irgendetwas, dann würde die Bleikugel nicht auf die Erde fallen. Es wird bleiben, wo es ist.
Erinnern Sie sich an die Videos von der ISS, wo die Astronauten ein Objekt in der Nähe ihres Gesichts schweben ließen und es einfach dort blieb? Es fällt nicht auf den Boden der ISS, richtig?
Wenn Sie eine Bleikugel einfach loslassen, schwebt sie einfach dort, dh sie bleibt in der Umlaufbahn
Über die Umlaufbahn in geringer Höhe:
Die Internationale Raumstation kreist in einer Höhe von etwa 400 Kilometern. In dieser Höhe gibt es fast keine Atmosphäre, aber es ist kein interplanetares Vakuum. Die Raumstation hat ein wenig Luftwiderstand, und alle paar Monate werden kleine Triebwerke für ein paar Stunden abgefeuert, um Höhe zurückzugewinnen, die durch den Zerfall der Umlaufbahn verloren gegangen ist.
Wenn also ein Objekt von der ISS – niedriger Erdumlaufbahn – freigesetzt wird , dann wird die Umlaufbahn dieses Objekts mit der Zeit zerfallen.
Der Wiedereintrittsprozess ist ein sich selbst verstärkender Prozess. Anfangs ist der Zerfall sehr langsam; in den ersten Monaten wird sich kaum etwas ändern. Wenn das Objekt absinkt: Die Dichte der Atmosphäre nimmt mit geringerer Höhe zu, daher gibt es mehr Reibung, sodass das Objekt schneller absinkt, wodurch es auf eine dichtere Atmosphäre trifft, und plötzlich ändern sich die Dinge sehr schnell.
Selbst wenn Sie alles andere vereinfachen, indem Sie alles andere vereinheitlichen, führt kein Weg an diesem sich selbst verstärkenden Prozess vorbei.
Zwei Simulationsläufe, die mit sehr nahe beieinander liegenden Anfangsbedingungen gestartet wurden, werden wahrscheinlich an ganz unterschiedlichen Orten der Erde enden.
Für einen Simulationslauf benötigen Sie einen genauen Ausdruck für die Größe der Luftreibung als Funktion der atmosphärischen Dichte, der atmosphärischen Temperatur und der Geschwindigkeit des Objekts. Es kann gut sein, dass solche Daten nicht verfügbar sind.
Raketenbauer haben (vermutlich) ziemlich gute Luftwiderstandsdaten für eine bestimmte Form: die Form der Rakete, die sie in den Weltraum schießen und bei jedem Flug Telemetriedaten sammeln.
Vermutlich haben Sie keine guten Daten für das spezielle Objekt, für dessen Flugbahn Sie eine Simulation entwickeln möchten. Sie müssen also mehrere Simulationsläufe durchführen und dabei sowohl Untergrenzen als auch Obergrenzen für den erwarteten Luftwiderstand berücksichtigen. Diese Unbekannten werfen jedes Ziel ab.