Welche Faktoren würden zur Fähigkeit eines Raumfahrzeugs beitragen, eine sehr niedrige Umlaufbahn (VLEO) oder zumindest Umlaufbahnen mit sehr niedrigen Perigäumen aufrechtzuerhalten?

Ich fragte : Was macht eine hohe Sargecke eines Flugzeugs aus? in Aviation SE. Nun frage ich mich, welche Faktoren dazu beitragen würden, dass ein Raumschiff niedrige kreisförmige Umlaufbahnen (z. B. innerhalb von 200 km / 125 mi vom Meeresspiegel der Erde) oder Umlaufbahnen mit sehr niedrigen Perigäumen (z. B. innerhalb von 120 km / 75 mi oder so) beibehalten kann, ohne auch zu zerfallen weder schnell noch wieder in die Atmosphäre eintreten.

Würde es helfen, wenn das fragliche Raumschiff kleiner wäre, um niedrige Umlaufbahnen zu überleben? Größer? Massiver?

Könnten Sie technisch gesehen ein sich nicht bewegendes Luftschiff als in einem geostationären VLEO befindlich beschreiben? Wenn dieses Luftschiff anfängt, die Erde zu umkreisen (was möglicherweise eine Betankung in der Luft erfordert), könnte das als eine sehr niedrige kreisförmige Umlaufbahn beschrieben werden ...
Hallo Giovanni, ich habe deine Bearbeitung des Tags für eine sehr niedrige Erdumlaufbahn gesehen, aber die von dir zugewiesene Nummer scheint willkürlich zu sein und steht im Widerspruch zur Verwendung des Tags. Beispiel: Wie niedrig ist VLEO? (Neueste FCC-Zulassung für SpaceX) Wenn Sie keine formale Definition angeben können, ist es besser, das Tag leer zu lassen, als nur eine Zahl zu setzen, die in Ordnung zu sein scheint. Danke!
@uhoh Es ist Konvention, dass LEO bei 160-2000 km definiert ist und VLEO darunter liegen würde. Schauen Sie sich WP oder Quora an, es ist nicht schwer herauszufinden. Ob wir diesen Abgrenzungen zustimmen, ist eine andere Geschichte.
@DarrelHoffman Würden Sie sagen, dass ein Segelflugzeug oder ein Heliumballon, der die Erde umrundet hat, sie umkreist hat? Ich glaube nicht, dafür solltest du Umlaufgeschwindigkeit erreichen.
@Giovanni 2000 km scheinen Standard zu sein, aber jetzt, da die FCC eine sehr erdnahe Umlaufbahn als von LEO unterscheidend anerkennt, denke ich, dass Wikipedia und Quora aktualisiert werden müssen. Die Nutzungshinweise sollten aktuell sein und mit ihrer Verwendung auf der Website übereinstimmen. Da SpaceX und die FCC VLEO bei offiziellen Aktionen verwenden, denke ich, dass es hier bleiben wird. LEO muss also möglicherweise etwas nach oben geschoben oder auf 80 km heruntergefahren werden, und VLEO wird zu einer Teilmenge. In jedem Fall sollten die Tags für sehr niedrige Erdumlaufbahnen und LEO aktualisiert werden, um sich gegenseitig zu bestätigen.
@uhoh McDowell entdeckte sogar, dass der niedrigste jemals umlaufende Satellit in einer ungefähr kreisförmigen Umlaufbahn Lixing-1 war, der drei Tage lang nicht höher als 140 km (87 Meilen) umkreiste. space.skyrocket.de/doc_sdat/lixing-1.htm
@Giovanni ausgezeichnet!
@Giovanni Ich habe einen Raum für weitere Diskussionen und vielleicht eine Verfeinerung beider Tags geöffnet: Wo endet das Tag mit niedriger Erdumlaufbahn und beginnt das Tag mit sehr niedriger Erdumlaufbahn? Wie sollen sie definiert werden?

Antworten (1)

Je niedriger die Umlaufbahn, desto höher der Luftwiderstand. Da die Widerstandskraft ungefähr proportional zur Fläche ist, die resultierende Beschleunigung jedoch Kraft dividiert durch Masse ist, wird das Raumfahrzeug umso weniger vom Luftwiderstand beeinflusst, je dichter es ist.

Der einfachste Weg, den Luftwiderstand zu bekämpfen, besteht darin, viel Kraftstoff mitzuführen und ihn häufig zu verwenden. Dadurch wird das Raumfahrzeug weniger dicht, wenn sich der Tank leert, aber auch leichter und hat somit weniger Masse, um es mit demselben Kraftstoff zu beschleunigen, was sich aufhebt. Das Wichtigste, worüber Sie sich Sorgen machen müssen, ist, dass Sie nur begrenzten Brennstoff haben und daher irgendwann ausgehen und keine Möglichkeit mehr haben, einen eventuellen Verfall zu verhindern.

Drag-Modelle von Raumfahrzeugen sind fast immer Kugeln, aber Sie könnten versuchen, ein langes, schmales Fahrzeug zu bauen – das heißt raketenförmig – und die Nase in Fahrtrichtung ausgerichtet zu halten. Dies verringert den Luftwiderstand, aber wenn Ihr Fahrzeug ein Ende schwerer als das andere hat, wird der Schwerkraftgradient es dazu neigen, es aufrecht zu ziehen, so dass seine lange Seite in den Wind zeigt, wodurch der Luftwiderstand erhöht wird und der Heckmotor in die falsche Richtung zeigt Richtung. Sie müssen die Fluglage überwachen und zusätzliche Triebwerke richtig ausrichten lassen, um sie zu korrigieren.

Sie könnten sehr interessante Dinge tun, indem Sie den Körper so gestalten, dass er sowohl Auftrieb als auch Luftwiderstand erzeugt und die Fluglage wie ein Flugzeug beibehält. Dies ist schwierig zu erreichen und erfordert viel mehr Fluiddynamik für eine ordnungsgemäße Modellierung als normalerweise durchgeführt wird. Daher benötigen Sie eine benutzerdefinierte Software, um dies zu steuern.

Außerdem ist Luftwiderstand Reibung, die das Raumfahrzeug erwärmt. Je tiefer Sie gehen und je mehr Widerstand Sie spüren, desto schneller heizen sich die Dinge auf. Sie brauchen Möglichkeiten, diese Hitze zu kontrollieren und loszuwerden, oder Ihr Raumschiff in sehr geringer Höhe kann schmelzen, lange bevor ihm der Treibstoff ausgeht.

Aber in sagen wir 110 km (361.000 ft) Höhe kann nicht genug Wärme erzeugt werden, die für das Fahrzeug bei Umlaufgeschwindigkeit gefährlich wäre, oder?
" wird das Raumfahrzeug weniger dicht machen, wenn sich der Tank leert, so dass Sie allmählich mehr Treibstoff benötigen, um den gleichen Effekt gegen den Luftwiderstand zu erzielen. " ist falsch. Ja, das Raumschiff wird bei gleichem Luftwiderstandsprofil weniger Masse haben und somit schneller verlangsamen. ebenso (genau gleich!!) benötigt die geringere Masse weniger Kraftstoff, um die verlorene Geschwindigkeit auszugleichen.
Ich spekuliere nur über eine polare Umlaufbahn im Vergleich zur Erdrotation. Die Umlaufgeschwindigkeit ist etwa 17-mal schneller als die Luftgeschwindigkeit am Äquator und sie stehen senkrecht zueinander. Wenn ich also ein Raumfahrzeug mit einem Auftriebs-/Widerstandsverhältnis von mehr als 17 konstruieren kann, sollte ich in der Lage sein, eine positive Nettokraftkomponente entlang der Fahrtrichtung zu erhalten. Moderne Flugzeuge erreichen etwa 20, aber ich nehme an, dass die Zahlen bei Überschallgeschwindigkeit viel niedriger sind. Irgendwelche Gedanken ...?
@PcMan danke, jetzt behoben.
Um diesen früheren Gedankengang fortzusetzen, sehe ich das Auftriebs-/Widerstandsverhältnis für eine flache Platte in einer verdünnten Atmosphäre und bei Spiegelreflexion nur 1 / tan (Theta), was für sehr kleine Anstellwinkel beliebig groß ist. Ich nehme an, das Problem bei diesen Geschwindigkeiten besteht darin, dass Moleküle schön von der Oberfläche in die richtige Richtung und ohne Energieverlust abprallen. Selbst wenn Sie in der Lage sind, eine Oberfläche zu finden, die glatt genug ist, um eine Spiegelreflexion auf atomarer Ebene zu erzeugen, beträgt die effektive Temperatur eines O2-Moleküls bei Umlaufgeschwindigkeit etwa 2000 K, was sicherlich ausreicht, um die meisten Oberflächen zu zerstören.
Sie haben die Frage der Hitze immer noch nicht näher erläutert. Ich glaube nicht, dass aerodynamische Erwärmung ein Problem für die Umlaufbahn über 80 km ist. Es wurde beobachtet, dass das Columbia-Shuttle zum ersten Mal etwa 70,5 km (44 mi) Trümmer verlor.
Welche Faktoren würden zur Fähigkeit eines Raumfahrzeugs beitragen, eine sehr niedrige Umlaufbahn (VLEO) oder zumindest Umlaufbahnen mit sehr niedrigen Perigäumen aufrechtzuerhalten?
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