Warum dauert es so lange, bis ISS-Müll aus dem Orbit fällt?

Die ISS hat kürzlich etwas Müll über Bord geworfen und erwartet, dass es 2-4 Jahre dauern wird, um die Umlaufbahn zu verlassen und zu verglühen.

Von Gizmodos ISS gräbt 2,9-Tonnen-Palette von Batterien und schafft sein massivstes Stück Weltraummüll :

Die Palette ist vollgepackt mit Nickel-Wasserstoff-Batterien und wird laut einer NASA-Erklärung die nächsten zwei bis vier Jahre im erdnahen Orbit bleiben, „bevor sie harmlos in der Atmosphäre verglüht“ . SpaceFlightNow berichtet, dass die Palette das „massivste Objekt ist, das jemals von dem umlaufenden Außenposten abgeworfen wurde“.

Wie kommt es, dass sie ihm nicht einen kleinen zusätzlichen Schub in Richtung Erde geben und ihn früher aus der Umlaufbahn bringen?

Oder vielleicht haben sie es so hart wie möglich vorangetrieben und so lange dauert es.

Es scheint nur logisch, dass sie es so schnell wie möglich aus dem Weg räumen wollen.

Willkommen bei Space SE. Könnten Sie eine Referenz für diese Veranstaltung einfügen?
Der Canadarm2 kann sich nur mit 0,6 m/s bewegen, und das unbelastet. Geschwindigkeit sinkt schnell mit Last. Mit so einem Gerät kann man nicht einfach "härter drücken". Ja, das SSRMS kann Massen von bis zu 100 Tonnen handhaben, aber nicht mit Leichtigkeit herumwirbeln. Ich bin jedoch kein Experte für die Belastungsgrenzen dieses Systems, daher kann ich Ihnen die maximalen Betriebsgrenzen für eine 2,9-Tonnen-Nutzlast wie die Müllpalette nicht wirklich nennen. Aber 0,6 m/s ist ohnehin die Obergrenze.
@Polygnome woher hast du die 0,6 Zahl? Das ist anders, als ich mich erinnere. 0,6 liegt nahe an der Zahl für den Shuttle-Arm, aber das SSRMS ist etwa halb so groß wie IIRC
Weil der zusätzliche Schub zusätzliche Energie verbrauchen würde, die sie vielleicht für wichtigere Dinge reservieren möchten ... Sie könnten den Müll wahrscheinlich schnell runterbringen, wenn es wichtig wäre, aber da es niemandem schadet, einige Lithium-Batterie-Satelliten zu haben, die die Erde umkreisen für ein paar Jahre, warum dann den Kraftstoff verschwenden? Das ist meine Vermutung. Treibstoff ist dort sehr teuer zu transportieren.
@OrganicMarble Es ist möglich, dass ich beim Nachschlagen der Zahlen das Shuttle und den ISS-Arm verwechselt habe. Ändert jedoch nicht wirklich die Stimmung meines Kommentars, da es die gleiche Größenordnung hat. Sie werden einfach nicht viel Beschleunigung aus dem Arm herausholen.
@Polygnome macht Ihre Argumentation besser, da das SSRMS noch langsamer ist.
Verwandte Themen: In diesem Video wird erklärt, welche Tools Sie wahrscheinlich verwenden möchten, um die Müllpalette schneller auszuwerfen. youtube.com/watch?v=cxNJoaBLLNM&ab_channel=ScottManley Nachdem dies gesagt wurde, könnte man erwägen, es so hart wie möglich abzustoßen, um die Umlaufbahn der Station zu verbessern.

Antworten (3)

Ich nehme an, Sie beziehen sich auf den Abwurf der Müllpalette mit den alten Batterien, die mit etwa 2,9 Tonnen ankam. Diese wurden mit dem Canadarm2 abgeworfen.

Der Canadarm2 hat die folgenden Betriebsgrenzen:

Betriebsgeschwindigkeit

  • Unbeladen: 37 Zentimeter/Sekunde (1,21 Fuß/Sekunde)
  • Geladen:
    • Stationsmontage – 2 Zentimeter/Sekunde (0,79 Zoll/Sekunde)
    • EVA-Unterstützung - 15 Zentimeter / Sekunde (5,9 Zoll / Sekunde)
    • Orbiter - 1,2 Zentimeter / Sekunde (0,47 Zoll / Sekunde)

(Nummern von Canadarm2 und dem Mobile Servicing Subsystem )

Ich bin mir nicht ganz sicher, wo die Palette in diesem Bereich liegt - aber vermutlich irgendwo zwischen 2 cm / s und 15 cm / s. Die Obergrenze liegt bei 37 cm/s.

Die Umlaufgeschwindigkeit der ISS beträgt ~7660 m/s. Das bedeutet, dass die Palette nur etwa 0,005 % der Geschwindigkeitsänderung vom Arm erhalten kann.

Kombinieren Sie dies mit der Tatsache, dass die Palette sehr dicht ist und eine eher kleine Querschnittsfläche hat, der ballistische Koeffizient ziemlich hoch ist, sodass sie nicht viel Widerstand erfährt (im Vergleich zu einem großen, leichten Objekt).

Nach diesen Fragen und Antworten führt das Abwerfen von Material von Hand zu Geschwindigkeiten von etwa 0,6 m/s, jedoch nur für Material, das deutlich leichter als 2,9 Tonnen ist .

@Uwe hat schon einen guten Vergleich mit dem Shuttle gegeben, das 90m/s für den Wiedereintritt benötigte. Der Abwurf erfolgte mit 0,37 m/s.

Sie können aufgrund der Betriebsgrenzen des Canadarm2 und des menschlichen Körpers nicht einfach "härter drücken", je nachdem, wer den Abwurf durchführt.

Und bei einer so kleinen Geschwindigkeitsänderung dauert es eine Weile, bis der Orbit verlassen wird. Was eigentlich egal ist. Ein schnelleres Verlassen der Umlaufbahn würde hohe Kosten ohne erkennbaren Nutzen verursachen.

Ich war bei dir bis zum „menschlichen Körper“. Relevanz? Die SSRMS-Steuerung erfordert keine Kraft, um zu funktionieren.
@OrganicMarble Nein, aber nicht der gesamte Müll wird mit dem Arm abgeworfen. In diesem Fall war es das, aber zu anderen Zeiten wurde es durch buchstäbliches Wegschieben des Mülls mit Körperkraft erreicht, zB hier: twitter.com/Space_Station/status/1354461242610642945
Oh, ok. Ich dachte, Sie meinten, wer den Arm flog, um die P/L abzuwerfen. Ich könnte damit ein paar Robo-Nits auswählen, aber ich mag es gut genug für eine +1
@OrganicMarble Fühlen Sie sich frei, pingelig zu sein, wenn dies zu einer Verbesserung der Antwort führt, die nur zur Verbreitung von Wissen beiträgt. Wie gesagt, ich bin nicht wirklich ein Experte, was den Arm angeht.
Nun - die letzten 3 der Kugeln, die Sie geben, sind "geladene" Raten, nicht nur die der Stationsmontage. "Geladen" bedeutet nur, dass der Arm an einer Nutzlast festgehalten wird. Vielleicht hast du es nur falsch von der Quelle kopiert. Der "Orbiter" war ein hypothetischer Fall, in dem die SSRMS das Shuttle bewegte, es ist nie passiert. Ein Teil der Konfiguration des SSRMS für Operationen besteht darin, Dateien auf seine Computer zu laden, die die maximal zulässigen Raten für eine bestimmte Nutzlast definieren. Es ist nicht einfach eine Frage der verfügbaren Armkraft gegenüber der Masse der Nutzlast (obwohl dies offensichtlich eine wichtige Überlegung ist).
@OrganicMarble Ich habe das Listen-Markup ein wenig geändert, es ist jetzt viel klarer.
Es gibt auch das kleine Problem des Rückstoßes; Möglicherweise möchten Sie nicht stärker drücken, um die Impulsänderung auf der ISS selbst zu minimieren. Ich bin mir sicher, dass der Massenunterschied groß genug ist, dass es sich nicht lohnt, sich Sorgen zu machen, aber es gibt einen Punkt, an dem Sie stark genug drücken können, um die Umlaufbahn der ISS erheblich zu beeinflussen.

Es gibt zwei Hauptgründe, warum es so lange dauert:

  1. viel Masse und sehr wenig Delta-v.
  2. ein großer ballistischer Koeffizient.

Der erste ist auf die Beschränkung des Bereitstellungsmechanismus zurückzuführen. Das zweite bedeutet, dass der Widerstand länger dauert als beispielsweise eine schwache Struktur.

Der Müll hat einen großen ballistischen Koeffizienten? Hast du eine Quelle? Dies wäre, gelinde gesagt, überraschend. Dieser kastenartige Behälter ist überhaupt nicht aerodynamisch. Es wäre auch nicht sinnvoll, wenn der Zweck darin besteht, den Luftwiderstand auf die Erde bringen zu lassen und ihn auf dem Weg nach unten nach Möglichkeit auseinander zu brechen. Warum sagen Sie, dass es einen großen ballistischen Koeffizienten hat?
@ user39728 weil es das offensichtlich tut. Dichte Körper neigen dazu, hohe ballistische Koeffizienten zu haben. Schlagen Sie vor, den Wikipedia-Artikel zu lesen.
In der Region, über die wir sprechen, haben wir es mit der Dynamik verdünnter Gase zu tun. Für schnelle Blicke geht es hier einfach um Dichte. Batterien sind dicht.
OK, Sie wissen es besser als ich, aber zu sagen "weil es offensichtlich so ist", ist kaum ein guter Anfang für eine Antwort. Bilden Sie mich auf, damit ich beim nächsten Mal weniger dumme Fragen stellen kann ;-)
Danke, Erich.
@user39728 Was kannst du weiter werfen: einen Strandball, einen kleinen Plastikball oder einen Golfball?
@eps: Das Dichteproblem wurde erklärt, also fügen Sie an dieser Stelle nicht viel hinzu. Außerdem haben die Bälle sehr unterschiedliche Größen, so dass Sie zwei Variablen im Spiel hätten, und es wäre nicht sofort ersichtlich, welche von ihnen für den Unterschied in der Bewegung zwischen den Bällen verantwortlich ist.
@ user39728 Eine Möglichkeit, es zu betrachten, besteht darin, ein verwandtes Konzept zu verwenden, den Luftwiderstandsbeiwert C D . Gegeben sei ein Fluid (Flüssigkeit oder Gas) mit Dichte ρ und ein Objekt, das sich mit einer Geschwindigkeit durch das Fluid bewegt v und ein Querschnitt A auf die Flüssigkeit ist die Kraft auf das Objekt F = 1 2 ρ v 2 C D A . Die Form ist wichtig für Flugzeuge, Wasserfahrzeuge und Autos. Es ist überhaupt nicht wichtig für Dinge in der oberen Atmosphäre mit sehr geringer Dichte. Ein Standardwert für C D in der oberen Atmosphäre ist 2,2. Im Vergleich dazu hat ein sehr guter Fallschirm (die eher nicht aerodynamisch konstruiert sind) einen C D von 1,5.
Fast alles ist im Wesentlichen ein Fallschirm im Weltraum. Was zählt, ist der Querschnitt. Bei zwei Objekten mit gleichem Querschnitt, einem sehr leichten und einem sehr massiven, erfahren die beiden Objekte mehr oder weniger die gleiche Widerstandskraft. Durch die Masse dividiert, erfährt das sehr leichte Objekt eine viel größere Widerstandsbeschleunigung als das sehr massive Objekt. Die Beziehung zwischen dem ballistischen Koeffizienten B C in der Antwort erwähnt und der Luftwiderstandsbeiwert C D Ich habe gerade geschrieben, ist einfach: B C = M / ( C D A ) .
Daraus ergibt sich ein schöner Ausdruck für die Schleppbeschleunigung: A D = 1 2 ρ v 2 / B C . Die umgekehrte Beziehung zwischen ballistischem Koeffizienten und Widerstandsbeschleunigung bedeutet, je höher der ballistische Koeffizient ist, desto niedriger ist die Widerstandsbeschleunigung (und umgekehrt).

Das Space Shuttle führte drei Minuten lang eine Deorbit-Brennung durch, um die Umlaufgeschwindigkeit um nur 1 % zu verringern. Dieses Delta v betrug nur 90 m/s. Aber 90 m/s sind 324 km/h, viel mehr als ein kleiner Extraschub. Ein langsamer Geher braucht etwa 10 Minuten für einen km, 1,67 m/s oder 6 km/h.

Wenn der sanfte Stoß der langsamen Gehgeschwindigkeit entspricht, sind es nur 1,85 % des notwendigen Delta v von 90 m/s. Die Deorbit-Brenngeschwindigkeit ist vergleichbar mit einem ICE-3-Hochgeschwindigkeits-Elektrotriebzug mit einer Zulassung für 330 km/h.

Versuchen Sie sich einen ICE-3 vorzustellen, der in etwa 20 m Entfernung mit voller Geschwindigkeit vorbeifährt. Ist das wie ein sanfter Stoß?

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