Warum ist es so schwierig, den genauen Ort und Zeitpunkt des Wiedereintritts eines Objekts in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn vorherzusagen?

Grundsätzlich wissen Sie nicht genau, welchem ​​Luftwiderstand das Raumschiff bei solch niedrigen Umlaufbahnen ausgesetzt sein wird. Dazu gibt es zwei Hauptpunkte:

• Die Unvorhersehbarkeit der atmosphärischen Dichte, die größeren Änderungen unterliegt, je tiefer Sie kommen, und das Weltraumwetter spielt auch eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Partikeldichte, zum Beispiel befindet sich die Sonne jetzt in der Periode des Sonnenmaximums , was dazu führt, dass mehr Auswurf auf unsere obere Atmosphäre trifft , wodurch der Luftwiderstand des Raumfahrzeugs erhöht wird, der in seiner Umlaufbahn nicht konstant ist. Weitere Informationen finden Sie in dieser Antwort , aber nur um dies mit einem schönen Zitat aus dem Dokument der Cornell University zur Schätzung der simultanen Umlaufbahn und der atmosphärischen Dichte für eine Satellitenkonstellation (PDF) zu untermauern:

  Bei vielen Satelliten im erdnahen Orbit (LEO) ergibt sich die größte dynamische Modellunsicherheit aus dem atmosphärischen Luftwiderstand. Beschleunigung durch Luftwiderstand$a_D$hängt mit der atmosphärischen Dichte zusammen$p$durch die gleichung:

  $$a_D = - {1\over2}({C_D{A_v(t)\over{m_s}}})\ {pv_r}^2e_v$$

  wo$C_D$ist ein Luftwiderstandsbeiwert,$A_v(t)$ist die Querschnittsfläche des Satelliten in Fahrtrichtung,$m_s$ist die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs,$v_r$ist die Geschwindigkeitsgröße relativ zur umgebenden Atmosphäre und$e_v$ein Einheitsvektor in Richtung der relativen Geschwindigkeit ist. Unsicherheit tritt in diese Gleichung auf drei Arten ein. Zuerst das Skalarprodukt$({C_D{A\over{m_s}}})$, bekannt als inverser ballistischer Koeffizient, ist im Allgemeinen ungewiss und kann zeitlich variieren. Zweitens kann die relative Geschwindigkeit unsicher sein, entweder weil sie noch nicht genau geschätzt wurde oder weil der lokale Wind nicht perfekt mit der Erde rotiert. Schließlich ist die atmosphärische Dichte sehr schwer zu bestimmen. Es gibt drei grundlegende Paradigmen für den Umgang mit der Widerstandsunsicherheit: Sie kann modelliert, direkt oder indirekt gemessen oder in Verbindung mit Satellitenumlaufbahnen geschätzt werden.

• Unfähigkeit, die Flugstabilität des Raumfahrzeugs vorherzusagen, wie es auf erhöhten Widerstand reagieren und sich ohne ein funktionierendes Attitude Control System (ACS) orientieren wird, da es seinen gesamten Xenon-Treibstoff für seine Ionentriebwerke verbraucht hat. GOCE ist aerodynamisch stromlinienförmig, so dass es ziemlich stabil sein könnte, wie die aktuelle Telemetrie zeigt, und verliert nicht schnell an Höhe, selbst an seinem Perigäum, das jetzt unterhalb der offiziellen Weltraumhöhen oder der Kármán-Linie liegtvon 100 km (62 Meilen) über dem Meeresspiegel der Erde. Es scheint immer noch keine Probleme zu haben, ein Apogäum von über 130 km zu erreichen, wie es während der letzten Umlaufbahn zum Zeitpunkt des Schreibens dieser Antwort der Fall war. Es ist jedoch kein Flugzeug und wird schließlich die Kontrolle verlieren, sich drehen und aufgrund des immensen atmosphärischen Drucks (seine aktuelle Geschwindigkeit beträgt fast 8 km / s) auseinanderfallen, der die nach vorne gerichtete Seite mehr beeinflusst als sein Heck, während es sich in der Atmosphäre dreht.

       ^{Neueste GOCE-Bodenspur auf ihrem Weg in den chinesischen Luftraum während einer ihrer letzten Umlaufbahnen (Quelle: ESA GOCE Tracking )}