Wenn Sie ein Werkzeug außerhalb der ISS im Weltraum freigeben, bleibt es dann für immer am "gleichen" Ort?

Wenn ein Astronaut, der eine Reparatur außerhalb der Internationalen Raumstation (ISS) durchführt, ein Werkzeug sanft in den Weltraum loslässt, wird es dann für immer an derselben Stelle relativ zur ISS „fliegen“ (umkreisen), wo es zurückgelassen wurde? Ich spreche nicht davon, das Werkzeug in irgendeine Richtung zu werfen, sondern es einfach sanft loszulassen.

Da es mit der gleichen Geschwindigkeit losgelassen wurde, mit der die ISS die Erde umkreist, und es keine Luft gibt, die Reibung verursacht und das Werkzeug stoppt, frage ich mich, ob es für immer an derselben Position bleiben wird. Wenn nicht für immer, wie lange und warum?

Wenn Sie das Objekt interessanterweise so schieben, dass es genau senkrecht zur Umlaufbahn der Station wegdriftet, kommt es etwa 45 Minuten später zurück und Sie können es möglicherweise wieder greifen. Irgendjemand wird irgendwann einen drahtlosen Jo-Jo-Trick wie diesen machen.
Wenn Sie ein Werkzeug bei einem Weltraumspaziergang außerhalb eines Raumschiffs loslassen würden, das eine interplanetare Reise durchführt, würde es für eine viel längere Zeit (mehr oder weniger) stationär bleiben. Da es sich immer noch in der Sonnenumlaufbahn befindet, wird es irgendwann driften, aber über Tage oder Wochen, nicht Minuten wie auf der ISS. Ein interstellares Fahrzeug würde das Werkzeug monate- oder jahrelang neben sich haben.
Dies ist mindestens einmal passiert: youtube.com/watch?v=1vXdRUIZ_EM
Anders, aber verwandt (und viele tolle Antworten und auch ein paar GIFs) Welche Arten von Dingen wurden aus der ISS geworfen?
@Innovine Kannst du das näher erläutern? Ich denke, wenn Sie etwas so schieben, dass es wegdriftet, wird es viel länger dauern, um sich um eine volle Umlaufbahn zu trennen ...
Natürlich bleibt es an Ort und Stelle, aber nur so lange, wie Kühe kugelförmig bleiben .
@ user3067860 Wenn Sie das Werkzeug senkrecht zur Umlaufbahn der Station (der Umlaufbahn normal) schieben, tritt es in eine sehr ähnliche, aber unterschiedlich geneigte Umlaufbahn ein. Diese Umlaufbahn schneidet die Umlaufbahn der Stationen auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten erneut, also schieben Sie das Werkzeug, es driftet weg, wird (relativ) langsamer und kehrt dann allmählich mit der Geschwindigkeit, mit der Sie es geworfen haben, zu Ihnen zurück. In der Praxis wird es wahrscheinlich aufgrund vieler kleiner Einflussfaktoren abdriften, aber im Allgemeinen ist das Verhalten entlang der Umlaufbahn normal. Die Objekte kreisen Seite an Seite, aber divergieren und konvergieren dann eine halbe Umlaufbahn später wieder.
@ user3067860 Sie können diesen Effekt in jedem Orbitdiagramm sehen, das ein Flugzeugwechselmanöver zeigt. Wenn Sie das Werkzeug mit einer gewissen Geschwindigkeit in die normale Richtung loslassen, befinden Sie sich an einem Knoten in der Ebenenänderung. Auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten befindet sich der andere Knoten, an dem das Werkzeug zur Station zurückkehrt. tinyurl.com/2tw2btmx Hier würde sich die ISS in der grauen Ebene bewegen, während sich das Werkzeug in der gelben bewegt. Es sollte leicht zu erkennen sein, wie es abfliegt und nach einer halben Umlaufbahn wieder zurückkehrt
@Innovine Danke! Mit dem Bild macht das alles Sinn.
Aus der Perspektive der Erde befindet sich das verlorene Werkzeug auf einer etwas anderen Umlaufbahn. Aus der Perspektive der Raumstation bewegt sich das Werkzeug im Kreis und kehrt schließlich zu seiner ursprünglichen Position zurück.

Antworten (3)

Es wird nicht. Nach der Freigabe befindet sich das Objekt in einer geringfügig anderen Umlaufbahn als die Raumstation.

Wenn Sie das Objekt weiter von der Erde entfernt oder weiter von der Erde entfernt platzieren als die Raumstation, ist es etwas weiter von der Erde entfernt oder etwas näher an der Erde, während es sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Raumstation bewegt, was zu etwas mehr oder weniger führt elliptische Umlaufbahn mit einer anderen großen Halbachse und Umlaufzeit. Infolgedessen kann es in Bezug auf die Raumstation nicht stationär bleiben

Wenn Sie das Objekt vor oder hinter der Raumstation in ihrer Umlaufbahn platzieren und die Umlaufbahn der Raumstation elliptisch ist, bewegt sich das Objekt relativ zur Umlaufbahn der Raumstation zu schnell oder zu langsam, um genau die gleiche Umlaufbahn beizubehalten wie die Raumstation unterwegs ist, und relativ zur Raumstation driftet das Objekt.

Wenn Sie das Objekt senkrecht zur Ebene der Umlaufbahn der Raumstation platzieren und loslassen, hat die Umlaufbahn, in der sich das Objekt befindet, eine geringfügig andere Umlaufbahnneigung als die Raumstation, und diese Umlaufbahnen müssen sich kreuzen, als solche den Abstand zwischen dem Raum Station und Objekt können nicht konstant bleiben.

Jede Position, an der Sie das Objekt loslassen, ist eine Kombination der oben genannten Fälle.

Wenn sich die Raumstation nicht in einer perfekten kreisförmigen Umlaufbahn befindet, gibt es daher keinen Ort auf ihrer Umlaufbahn, an dem Sie ein Objekt freigeben und es für immer in einem konstanten Abstand von der Raumstation halten können, ohne Umlaufbahnanpassungen.

Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; diese Konversation wurde in den Chat verschoben .
... und selbst wenn sich die ISS in einer reibungslosen kreisförmigen Umlaufbahn befände und sich der Schraubenschlüssel auf derselben Umlaufbahn befände, würden die Gezeiten dazu führen, dass der Abstand zwischen ihren beiden COMs um kleine Beträge zunimmt und abnimmt.

Tolle Frage, um kleine, aber messbare Effekte der Orbitalmechanik zu veranschaulichen!

NEIN, auch wenn sowohl Schraubenschlüssel als auch ISS idealisierte Punktmassen in derselben kreisförmigen Umlaufbahn sind.

Die Masse der ISS erlegt dem Schraubenschlüssel eine nicht triviale Gravitationsbeschleunigung auf. Wenn der Schraubenschlüssel innerhalb der EVA-Distanz der ISS fallen gelassen wird, wird er durch die gegenseitige Gravitation innerhalb weniger Umlaufbahnen auf eine Entfernung im Metermaßstab verschoben. Überraschen Sie mit einer so kleinen Masse, aber das ist ein 3-Körper-Problem!

NEIN, wenn die Kreisbahnen nicht koplanpar sind, da sie sich schneiden würden.

NEIN, wenn koplanare Ellipsenbahnen die gleiche Periode, aber unterschiedliche Exzentrizitäten haben. Das Paar würde eine rückläufige Umlaufbahn umeinander herum machen.

NEIN wegen Luftwiderstand. Die ISS befindet sich auf einer langsamen spiralförmigen Wiedereintrittsbahn. Der Schraubenschlüssel, nicht so sehr aufgrund seines niedrigeren Luftwiderstandsbeiwerts und seiner höheren Querschnittsdichte.

Das Beste, was Sie tun können, ist, den Schraubenschlüssel am ISS-Schwerpunkt (COM) zu platzieren, der sich innerhalb oder außerhalb des Druckkörpers befinden kann. Dies würde Gravitations- und Gezeiteneffekte eliminieren. Drag wäre immer noch ein Problem

Eine datierte Version des COM-Standorts für mehrere Konformationen finden Sie unter http://athena.ecs.csus.edu/~grandajj/ME296M/RevAB_Volume%20I%20Signed_updated.pdf . Zu viel Information?

Laut Scott Manly

Eine Werkzeugtasche wurde während einer EVA auf der ISS abgeworfen und in etwa 9 Monaten deorbitiert.

"Die ISS ist streng genommen nicht im Orbit" Lächerlich.
"Umlaufbahn" wie in "... insbesondere eine periodische elliptische Umdrehung." (Oxford Wörterbuch). Die Flugbahn der ISS ist fast elliptisch. Und fast periodisch ... bis es abgebaut wird und spontan wieder eintritt. Diese Angaben sind für die Beantwortung der gestellten Frage unerlässlich: Werden sie berücksichtigt, lautet die Antwort „nein“. Wenn nicht, lautet die Antwort "Ja".
Vielleicht wäre es klarer zu sagen: "befindet sich streng genommen nicht in einer stabilen Umlaufbahn"?
@spechter: Aber was IST dann in einer stabilen Umlaufbahn, wenn genügend Zeit vorhanden ist? Klassisches Beispiel: Der Radius der Mondbahn wächst um 3-4 cm/Jahr.
Ich denke, es kommt auf den Zeitraum an, den du wählst. Die Dauer der EVA? Die Lebensdauer des Raumfahrzeugs? Das erwartete Aussterben unserer Spezies? Ich denke, bei diesem Problem ist die EVA-Dauer angemessen. Selbst in einer einzigen Umlaufbahn wird der hypothetische Schraubenschlüssel nicht „an der gleichen Stelle WRT der ISS bleiben“.
@jamesqf - Ausgezeichneter Punkt, gut gemacht, es gibt kein perfektes Vakuum (usw.) für eine unendlich stabile Umlaufbahn. Ich denke, der erste Punkt von Bruce ist, dass sich die Umlaufbahn im Gegensatz zu den meisten natürlichen Himmelsobjekten, über die wir uns im Laufe des Menschenlebens nicht allzu viele Sorgen machen müssen, relativ schnell (Tage-Monate) merklich verschlechtert.
Oder Sie könnten es als ein n-Körper-Problem betrachten. Alle geschlossenen Bahnen in einem 2-Körper-Problem sind mathematisch stabil (ohne Aerobraking). Nicht so, wenn n > 2.
Nur zum Spaß habe ich die Gravitationsbeschleunigung aufgrund der ISS-Masse berechnet. Mit einigen willkürlichen Annahmen über die Position des Schraubenschlüssels beim Loslassen kam ich auf eine Verschiebung von etwa 1 sozialer Distanz während einer 90-minütigen Umlaufbahn.
Oh je, ist „soziale Distanz“ jetzt eine Einheit? Und (nicht, dass es für Ihre Annäherung allzu wichtig wäre) ist das eine imperiale soziale Distanz (6 Fuß) oder eine metrische soziale Distanz (2 m)? 😉
@Matthew Und schlimmer noch, einige Länder / Stellen empfehlen nur 1 m oder 1,5 m. Ich denke, diese Einheit hat wahrscheinlich mehr Varianten als die Tonne/Tonne. :)

Wenn Ihr Werkzeug auch nur die geringste relative Bewegung zu Ihnen hat, sogar nur 1 mm/s, können Sie damit rechnen, dass es sich ziemlich schnell wegbewegt. 1 mm/s ergibt mindestens eine 10-Fuß-Ellipse, auch bis zu 50 Fuß pro Orbit-Drift. Die folgende Abbildung zeigt die Umlaufbahn, der es relativ zu Ihnen folgt, je nachdem, in welche Richtung Sie es senden. Da es wahrscheinlich eine "posigrade" oder rückläufige Komponente geben wird, wird es nicht direkt zu Ihnen zurückkehren.

Es ist ein altes Bild, das ich als Referenz aufbewahre, weil es nicht einfach ist, es neu abzuleiten. Es tut mir leid, dass ich nicht weiß, woher es stammt, wahrscheinlich ein Screenshot aus einem alten gescannten NASA-PDF. Google zeigt keine Ergebnisse an.
Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies ist alles für eine perfekte Orbitalmechanik, dann gibt es noch Luftreibung, Strahlungsdruck usw.

Die letzten 2 Fälle im Diagramm sind im Wesentlichen identisch mit einem in JSC-1058 Rendezvous and Proximity Operations Handbook Teil 2 Seite 2-14. Dieses Dokument war früher auf der Website von James Oberg verfügbar, aber es sieht so aus, als ob die Domainregistrierung darauf abgelaufen ist :( Ich denke, das vollständige Diagramm stammt aus einem JSC rndz-Schulungshandbuch, ich habe einen Scan einer anscheinend neueren Version davon Bild, dass ISTR von dort kam.
Wenn Sie ein Werkzeug außerhalb der ISS im Weltraum freigeben, bleibt es dann für immer am "gleichen" Ort?
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