Wir alle wissen, dass es im Weltraum darum geht, wirklich schnell zu sein. Wir wissen auch, dass es bei einer Kollision nicht wirklich auf die absolute Geschwindigkeit ankommt, sondern auf die relative Geschwindigkeit. (Zwei Autos mit gleicher Geschwindigkeit auf einer Autobahn, die sich berühren, führen nicht unbedingt zu großen Schäden, aber wenn eines von ihnen stillstehen würde, würde es wahrscheinlich.) Ein großer Teil der umlaufenden Raumschiffe befindet sich in prograden Umlaufbahnen, einfach weil es so ist einfacher und, wenn nicht aktiv hilfreich, tut es zumindest nicht weh; das verringert auch die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden.
Dennoch sagen die Leute immer wieder, dass Kollisionen im Orbit mit solch extremen Geschwindigkeiten stattfinden.
Was ist die typische relative Aufprallgeschwindigkeit eines Trümmerstücks im Orbit auf ein einsatzbereites Raumfahrzeug in einer niedrigen Erdumlaufbahn? Was sind die Vektorkomponentenwerte dieser Geschwindigkeit?
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Schauen Sie sich diese Antwort von Mark Adler an. Wie Sie sehen können, hat ein kleines Panel über 15 Jahre viele Stöße überstanden. Ich würde erwarten, dass es insgesamt eine Vielzahl von Auswirkungen gegeben hat. Ich bezweifle, dass jemand weiß, wie hoch die durchschnittliche Aufprallgeschwindigkeit war.
Ich werde jedoch versuchen, Ihnen einige Werkzeuge an die Hand zu geben, mit denen Sie verschiedene Szenarien untersuchen können.
Gegeben sei ein Dreieck mit den Längen a, b, c:
wo
ist der Winkel zwischen a und b.
Das Kosinusgesetz mag hart aussehen. Aber wenn Sie sich erinnern, dass cos(90º) Null ist, können Sie sehen, dass der Satz des Pythagoras wegfällt, wenn Alpha 90º ist. Also, wenn Sie sich das einfach merken Teil, der Rest ist der Satz des Pythagoras, den Sie in der High School gelernt haben.
Und wenn Sie eine Vektorsubtraktion durchführen, ist die dritte Seite des Dreiecks das Delta v zwischen den ersten beiden Geschwindigkeitsvektoren.
Unten ist eine Reihe von 7,7-km/s-Geschwindigkeitsvektoren, die verschiedene Winkel mit dem ursprünglichen 7,7-km/s-Geschwindigkeitsvektor bilden. Dies sind Vektoren von kreisförmigen niedrigen Erdumlaufbahnen in 300 km Höhe:
Ich bin mir nicht sicher, wie genau Sie die Antwort brauchen, aber wenn Sie nur an die erste kosmische Geschwindigkeit und die Fluchtgeschwindigkeit denken, kann es nur ein Wert dazwischen sein. Also etwas zwischen ~7,8 km/s - 11,2 km/s.
Wie Sie bereits erwähnt haben, spielt natürlich die Relativgeschwindigkeit eine Rolle. Die Umlaufbahnen der Trümmer könnten der Umlaufbahn des Raumfahrzeugs entgegengesetzt sein, sodass die theoretische maximale Relativgeschwindigkeit 11,2 km / s + ~ 7 km / s = ~ 18 km / s betragen würde (da Sie von einem LEO sprechen und nicht von einem HEO oder so). Da die meisten Starts in einer prograden Umlaufbahn stattfinden, würde ich mir vorstellen, dass sich die meisten Trümmer ebenfalls in einer prograden Umlaufbahn befinden würden, sodass die meisten Einschläge wahrscheinlich mit einer relativen Geschwindigkeit der Perigäumsgeschwindigkeit eines HEO (9-11 km / s) stattfinden abhängig von der Umlaufbahn) und der Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs in LEO (~7-7,5 km/s). Der schlimmste Fall liegt jedoch bei etwa 19 km/s, wie zuvor erwähnt.
Alle Geschwindigkeiten darunter sind jedoch möglich, da die Neigungen zwischen den Raumfahrzeugen variieren können, was zu sehr unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten führt.
Ich habe ein einfaches Beispiel berechnet. Zwei Objekte befinden sich in einer kreisförmigen niedrigen Umlaufbahn, aber in unterschiedlichen Ebenen. Die Aufprallgeschwindigkeit hängt vom Winkel zwischen den Bahnebenen ab. Ich verwende 7,8 km/s für die Geschwindigkeit im Orbit.
Bei einem Winkel von 5° beträgt die vektorielle Geschwindigkeitsdifferenz 0,68 km/s, bei 10° 1,36 km/s, bei 15° 2,04 km/s, bei 30° 4,04 km/s, bei 45° 5,96 km/s und bei 90° ° 11,04 km/s.
Zwei Bahnen mit einem Winkelunterschied von 45° zur Äquatorebene in entgegengesetzten Richtungen haben einen Winkelunterschied von 90° zwischen sich.
Aufprallgeschwindigkeiten von 1 bis 11 km/s sind möglich.
Blake Walsh
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Tristan
SF.
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