Künstliche Sternschnuppen – wie könnte das funktionieren (wirtschaftlich/technisch)?

Jetzt, da ich meinen Kommentar aus dem Weg geräumt habe, kann ich mir nicht vorstellen, dass das Senden von etwas bis zu einem relativ hohen LEO weder effektiv noch effizient wäre. Es wäre weitaus sinnvoller, etwas auf einer suborbitalen Flugbahn zu tun – dies spart Ihnen eine riesige Menge an Delta-V und bietet eine viel feinere Kontrolle über das Timing und die Verteilung Ihrer wieder eintretenden Partikel. Es würde immer noch Gefahren für Vermögenswerte im Orbit darstellen, bis zu dem Punkt, an dem es fast zu einem Verstoß gegen internationale Vereinbarungen kommt, aber es wäre weitaus praktischer als das in der Frage skizzierte Konzept.

Es ist wahrscheinlich immer noch viel mehr fürs Geld, nur ein einfaches altes Feuerwerk zu verwenden.

Wirtschaftlich:

Wirtschaftliche Argumente und Geschäftspläne können sowohl ehrlich als auch subjektiv sein, aber ich werde eine hypothetische Schätzung skizzieren.

Dieser Quora-Beitrag von Peter Hand, Vizepräsident der Western Pyrotechnic Association, beziffert die Kosten für ein 20-minütiges Feuerwerk auf 20.000 bis zu einer Million Dollar, je nach verwendetem Feuerwerk:

Für ein professionelles Display rechnen Sie wahrscheinlich mit 10.000 bis 20.000 US-Dollar. Es gibt viel Arbeit für viele Leute im Aufbau und viel Kapital in den Mörsern und Feuersystemen gebunden. Auf der anderen Seite sind professionelle Patronen relativ preiswert im Vergleich zu denen im Einzelhandel, wobei eine Kiste mit 64 3-Zoll-Patronen oft nicht teurer ist als eine Schachtel mit zwei Dutzend Consumer-Patronen von einem Einzelhändler. Die meisten professionellen Displays verwenden größere Gehäuse, etwa sechs Zoll und höher, und diese können jeweils über 300 [Dollar] kosten. Wenn Sie das Geld ausgeben, erhalten Sie diese in Ihrem Display, ansonsten sind es nur 3- und 4-Zoll-Schalen. Es braucht viele dieser kleinen Salven, die auf einmal abgefeuert werden, um den Himmel zu füllen, was eher abschätzig als „chinesisches Teppichbomben“ bezeichnet wird. Ich würde das kein Feuerwerk von „anständiger Qualität“ nennen.

Einige wirklich hervorragende 20-Minuten-Displays haben mehr als eine Million Dollar gekostet, aber diese decken oft eine riesige Fläche ab und verwenden viele kundenspezifische Granaten mit einem Durchmesser von etwa 24 Zoll, für deren Anheben 60 Pfund Schießpulver erforderlich sind . (Betonung hinzugefügt)

Die Website ReactionFireworks.co.uk sagt in ihren FAQ (auszugsweise) :

Als Richtschnur gibt eine Organisation wie ein Runder Tisch oder ein Gemeinderat normalerweise zwischen 3.000 und 6.000 £ für ein 15- bis 20-minütiges Pyromusical aus.

Große Guy-Fawkes-Shows, wie sie im November in vielen Städten im Vereinigten Königreich zu sehen waren, kosteten in der Regel zwischen 10.000 und 16.000 £ und hatten oft mehr als 20.000 Zuschauer.

Größere Displays, die an Orten wie dem Battersea Park, dem Edinburgh Castle und dem London Eye zu sehen sind, können zwischen 30.000 und 200.000 £ kosten. Den Rekord für das teuerste Feuerwerk hält Kuwait zum 50. Jahrestag der Ratifizierung der kuwaitischen Verfassung im November 2012. Das Feuerwerk kostete angeblich 10.000.000 £!

Nehmen wir also an, das Raumschiff hat genug "Sterne" an Bord, um zehn Jahre lang 100 Shows pro Jahr mit einhundert 2-Gramm-Sternschnuppen pro Show zu machen. Es gibt sicherlich so viele Feuerwerke auf der Erde, aber die Frage, wie viele auf diese neue Technologie umsteigen würden, ist … subjektiv.

Nehmen wir dann an, dass sie durchschnittlich 100.000 US-Dollar pro Show einspielten (von persönlichen Sternschnuppen bis hin zu Millionen-Dollar-Events), das ist ein Bruttoeinkommen von 100 Millionen US-Dollar, und das könnte zumindest für das Design, den Bau, den Start, die Kontrolle und den Orbital vorstellbar sein Wartung eines ~70 cm, vielleicht 500 kg schweren Nanosatelliten für zehn Jahre, wenn man bedenkt, wie sich Kosten und Technologie entwickeln und beginnen, sich zu standardisieren. Es ist zumindest im richtigen Stadion.

Technisch:

Versuchen wir dies mit der vis-viva-Gleichung :

der äquatoriale Radius der Erde 6378 km oder$6.378\times10^6 \ meters$, und der Standardgravitationsparameter der Erde$GM_E = 3.986\times 10^{14} \ m^2s^{-3}$.

Die große Halbachse des Satelliten befindet sich auf einer Kreisbahn mit einer Höhe von 500 km$a_0 = 6.878 \times 10^6 \ meters$. Unter Verwendung der Vis-Viva-Gleichung ergibt dies eine Anfangsgeschwindigkeit$v_0 = 7613 \ m/s$. Als Kontrolle wäre der Zeitraum$2\pi a_0 / v_0 = 5677 \ sec$oder etwa 94,6 Minuten.

Eine fundierte Vermutung wäre, dass ein angestrebtes Perigäum irgendwo zwischen etwa 80 und 100 km einen sofortigen, lokalisierten Wiedereintritt garantiert. Dies verhindert seltsam oder aerodynamisch geformte Objekte oder ebenenförmige Objekte, aber kleine Kugeln in diesem Perigäum und mit dieser Art von Geschwindigkeit werden wieder eintreten und verbrennen.

Welches Delta-V wird dazu benötigt? Wenn wir davon ausgehen, dass die Umlaufbahn der kürzlich ausgestoßenen Kugel ihr Apogäum in 500 km Höhe und ihr Perigäum in 80 km Höhe hat, dann ist die neue große Halbachse jetzt$a_1 = 0.5 \times (6.878 \times 10^6 + 6.458 \times 10^6) = 6.668 \times 10^6 \ meters$. Einstecken der neuen großen Halbachse$a_1$und Beibehaltung des Apogäums von 500 km in der Vis-Viva-Gleichung wäre die neue Geschwindigkeit, die für eine Wiedereintrittsbahn erforderlich ist$v_1 = 7492 \ m/s$, ein delta-v von 121$m/s$.

Dies ist ein Minimum. Möglicherweise möchten Sie ein wesentlich größeres Delta-V für eine verbesserte Zielgenauigkeit beim Wiedereintritt.

Mit Algebra kann man verwenden$x=\frac{1}{2}at^2$und$v=at$erhalten$a=v^2/2x$. Um in einem 50-Zentimeter-Nanosatelliten eine Geschwindigkeit von 121 Metern pro Sekunde zu erreichen, benötigt man eine Beschleunigung von fast 1500 Ge.

Der Satellit ist eine Waffe. Es feuert Hirschschnecken mit einer Mündungsgeschwindigkeit von mindestens 400 Fuß pro Sekunde ab, idealerweise viel mehr. Es trägt in der Größenordnung von zehntausend Schuss Munition oder mehr, um wirtschaftlich machbar zu sein. Es kann dich angreifen, aber es ist verdammt schwer für dich, es zurückzubekommen, es sei denn, du baust eine größere Waffe, und wir wissen, wie diese Geschichte geht …

Die Projektilgeschwindigkeit relativ zu Ihnen und Ihnen könnte leicht einige tausend Meter pro Sekunde oder zehntausend Fuß pro Sekunde betragen, abhängig von der Neigung der beiden Umlaufbahnen, und daher wäre die Aufprallenergie enorm, wenn einer von diesen irgendetwas treffen würde.

Aber keine Sorge, das soll es "nicht".

Dennoch könnte die Tatsache, dass das Raumschiff effektiv eine Waffe mit zehntausend Schuss ist, das gesamte Projekt möglicherweise in Frage stellen. Wenn es von Weltraumschrott getroffen würde, könnte es zehntausend radarunsichtbare Projektile in kurzfristig stabile LEO-Umlaufbahnen über der Umlaufbahn der ISS und von Taingong-1 und Tiangong-2 abfeuern , und diese Möglichkeit könnte dieses Projekt für alle höchst unangenehm machen Land, das mit einer aktuellen oder zukünftigen bemannten Weltraummission in Verbindung steht.