Wie schwer muss man etwas von der ISS werfen, damit sie deorbitiert?

Während der Expedition 41 ersetzten Reid Wiseman und Alexander Gerst eine ausgefallene Pumpe an der Außenseite der ISS. Ich vermute, sie haben die kaputte Pumpe zurück in die ISS gebracht und sie in einer der Frachtkapseln zur Erde zurückgebracht.

Wäre es stattdessen möglich, die Pumpe einfach richtig hart in die entgegengesetzte Richtung der Stationsbewegung zu werfen, damit sie sich langsamer bewegt und deorbitiert? Ich weiß, dass die ISS ungefähr 8 km/s relativ zur Erdoberfläche bewegt, aber eine Pumpe ist wahrscheinlich ziemlich leicht und Astronauten sind ziemlich fit.

Wenn Sie etwas so hart wie möglich werfen, werden Sie ungefähr 10 oder 20 m / s erreichen, das ist nichts im Vergleich zu 8000 m / s.
@Uwe ja, aber die ISS benötigt ständige Verstärkungen , um ein Deorbiting zu verhindern, sodass diese 10-20 m / s einen erheblichen Unterschied in der Deorbitzeit ausmachen.
Es gibt hier viele Antworten, die dieses Thema gut abdecken - hier und auf Physics SE .
Nein, höchstwahrscheinlich haben sie es mit nach innen gebracht, und dann werden sie es mit dem nächsten Sojus zurückschicken (nicht in der Landeeinheit, sondern im Teil für den Abfall, um es beim Wiedereintritt zu verbrennen). Die absichtliche Produktion von Weltraummüll ist eine sehr ernste Sache.
@peterh Ich weiß, es ist eher eine hypothetische Frage :)
Natürlich hängt es davon ab, wie schnell es deorbitieren soll. Wenn es Ihnen nichts ausmacht, ein paar Monate zu warten, können Sie es einfach außerhalb der Luke lassen. Es wird durch Stations-Reboosts zurückgelassen und (abhängig von seiner Form, Größe und Masse) schließlich aus der Umlaufbahn genommen. Wenn Sie es schneller machen möchten, müssen Sie das Perigäum des Objekts so weit absenken, dass es einen größeren Widerstand erfährt.
Diese Pumpen wurden bereits früher zur Fehleranalyse eingeschickt. Kenne diesen konkreten Fall nicht.
Die Geschwindigkeit einer Kreisbahn mit einer Höhe von 400 km beträgt 7,6732 km/s, bei 380 km 7,6846 km/s. Ungefähr 11 m/s Unterschied, aber kein Deorbit-Manöver. Siehe die Antworten auf diese Fragen zum Zerfall der ISS-Umlaufbahn: 1, 2. Wenn wir die 3 km Höhenverlust pro Monat und die 15 Monate für eine Deorbit dieser Antworten verwenden, ergeben sich 20 km weniger Höhe in 7 Monaten für die Deorbit Pumpe statt 15.
Um in eine Umlaufbahn mit 130 km Periapsis einzutreten, was ausreichen sollte, um in höchstens ein paar Stunden die Umlaufbahn zu verlassen, benötigen Sie etwa 87 m / s rückläufig. OTOH, ich frage mich, ob ein diagonaler Vektor nicht besser wäre: Wenn Sie das Apogäum anheben, lassen Sie das Perigäum fallen.
Ich interpretierte den Titel zunächst als "Wie schwer müssen Sie etwas von der ISS abwerfen, damit die ISS deorbitiert?"
@Ray, das wäre ein großartiges Experiment!
@Bananenaffe: Eine Reaktionsmasse von 1 kg bei 12% Lichtgeschwindigkeit ergibt die 130 km Periapsis; 34% der Lichtgeschwindigkeit für eine Lithobremsbahn, die den Luftwiderstand vernachlässigt.

Antworten (3)

Die Antwort von @ user3715778 ist richtig. Das Werfen wird keinen ausreichenden Unterschied in der Umlaufbahn bewirken, um unverzüglich wieder in die Erdatmosphäre einzutreten. Lassen Sie uns mit der Vis-Viva-Gleichung rechnen :

v 2 = G M ( 2 r − 1 a ) 

           periapsis       apoapsis          semi-major       apoapsis
           altitude (km)   altitude (km)     axis (km)        velocity (m/s)
initial        400.           400.             6778.             7668 
 final          80.           400.             6618.             7575

difference                                                         93

world's record                                                     45

Bearbeiten: Scott Manley erreicht ebenfalls etwa 90 m / s.

Laut dieser Quora-Antwort war der am schnellsten geworfene Ball in Cricket mit einer Geschwindigkeit von etwa 161 km/h oder etwa 45 m/s, was etwa der Hälfte der Geschwindigkeit entspricht, die erforderlich ist, um sofort die Umlaufbahn zu verlassen. Dies würde definitiv die Zeit bis zum Wiedereintritt verkürzen, aber es wäre eine ziemliche Herausforderung, wenn man einen Raumanzug trägt!

Hundert Meter pro Sekunde sind sicherlich mit einer einfachen Schleuder erreichbar , wenn sie ausreichend groß und der Gegenstand ausreichend klein ist. Nur ein zufälliges Beispiel: Monster Slingshot Neuer Weltrekordschuss in YouTube, von Joerg Sprave's Slingshot Channel . Möglicherweise können Sie dies in einem Standard-Raumanzug tun.

Eine einfache Schlinge könnte dies möglicherweise auch tun, abhängig von mehreren Details ...

Bei 400 km Höhe könnte jedoch alles als Deorbiting angesehen werden! Der Luftwiderstand begrenzt dort die Lebensdauer vieler Raumfahrzeuge, und die ISS beschleunigt sich regelmäßig selbst, um ihre Höhe sogar zu halten. Die Rate ist ziemlich variabel und die Aktivität der Sonne kann die obere Atmosphäre erwärmen und die Zerfallsrate stark erhöhen.

Zum Beispiel sagt Scott Manley, dass eine von der ISS verlorene Werkzeugtasche nur 9 Monate brauchte, um wieder in die Atmosphäre einzutreten.

Sehen Sie alle guten Antworten auf Wie lange fällt Müll, der von Hand von der ISS abgeworfen wird, bevor er beim Wiedereintritt verbrennt? zum Beispiel. Wenn Sie etwas auf der ISS behalten, wird es im Grunde nicht aus der Umlaufbahn verschwinden, zumindest bis zum Ende der Lebensdauer der ISS. Wenn Sie es jedoch "über Bord" werfen, findet es ziemlich schnell seinen Weg zur Erde, und so ist dies erledigt. Tatsächlich geschieht dies sowohl absichtlich als auch unabsichtlich, wie in den verschiedenen Antworten auf Welche Art von Dingen wurden aus der ISS geworfen?

GIF:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: aus der Frage Wurden diese großen Stücke „Weltraumschrott“ gerade von der ISS in Richtung „Nadir und rückläufig“ freigesetzt?

Bearbeiten: Laut Scott Manleys Video ist dies der Fall1998-067NM 43203 ISS DEB

Laut dem Artikel von Space.com vom 02. Februar 2018 brechen Kosmonauten den russischen Weltraumspaziergang-Rekord während der Reparatur der Raumstationsantenne :

Die Kosmonauten verbrachten den Tag damit, eine Elektronikbox gegen eine High-Gain-Kommunikationsantenne außerhalb des Zvezda-Servicemoduls auszutauschen. Anstatt das veraltete Gerät festzuhalten, warfen die Kosmonauten die ursprüngliche Elektronikbox über Bord und verurteilten sie dazu, in der Erdatmosphäre zu verbrennen.

Diese Antwort zeigt ein Diagramm für einen generischen Satelliten, obwohl jede Größe und Form unterschiedlich sein wird. Bei 400 km reicht die Wiedereintrittszeit von einigen Jahren bis zu einigen Monaten, abhängig von der Form und Ausrichtung des Raumfahrzeugs (siehe zum Beispiel diese Antwort ) und der Sonnenaktivität. Weitere Informationen zum Ziehen in dieser Antwort und den darin enthaltenen Links.

Diese Antwort verweist auf eine Website namens lizzard-tail.com, auf der Sie selbst eine Berechnung ausprobieren können. Es wird nicht genau sein, da die Form und Sonnenaktivität von Raumfahrzeugen variieren kann, aber Sie können dort mit einigen allgemeinen Raumfahrzeug- und Sonnenparametern spielen, um eine Vorstellung zu bekommen. Die Website verlinkt auch auf diese Dokumentation

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Aus dieser Antwort ausgeliehen .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Beispiel für ISS-Höhe vs. Zeit, entlehnt aus dieser Antwort .

Baseball-Pitcher Aroldis Chapman hält einen Rekord für einen am schnellsten geworfenen Pitch mit 105 Meilen pro Stunde, immer noch nicht genug Delta-V, um den Orbit zu verlassen, aber etwas näher.

Es gibt ein großartiges Video von Scott Manley , das speziell auf Ihre Frage eingeht:

Könnte ein Astronaut etwas aus dem Orbit zur Erde werfen?

Die kurze Antwort ist nein, Menschen können nicht genug Delta-V durch Muskelkraft liefern, um ein Objekt zu verlassen, indem sie es von der ISS werfen.

Die lange Antwort besagt, dass Ihre kurze Antwort die richtige Antwort ist!
Nun, die Frage war nicht "aus dem Orbit", sondern "von der ISS" - die sich immer noch in der Erdatmosphäre befindet. Astronomen betrachten die Atmosphäre eines Planeten, der zu diesem Planeten gehört, also ist alles auf/in/auf der ISS immer noch "auf der Erde" (ich weiß, dass es die willkürlich gewählte 100-km-Grenze gibt, wo der Weltraum beginnt und die Erde endet ... offiziell). Es ist auch fraglich, ob die ISS die Erde umkreist oder einen angetriebenen halbballistischen Flug durchführt (weil sie tatsächlich bereits die ganze Zeit die Umlaufbahn verlässt und erneute Boosts benötigt, um oben zu bleiben). Ansonsten ist deine Antwort richtig.
Sofort die Umlaufbahn verlassen , nein ... Aber etwas Rückläufiges von der ISS mit nur 20 m/s zu werfen, wird die Lebensdauer dieses Objekts vor dem Wiedereintritt um 84 % verkürzen. (20 m/s werden sein Perigäum um 76 km nach unten schieben!) Dies wird wahrscheinlich immer noch Monate dauern, nicht Stunden oder sogar Tage.

0 m/s
In der Höhe der ISS wird der atmosphärische Luftwiderstand – die Wirkung von Partikeln, die Ihnen Schwung stehlen – in den meisten, wenn nicht allen Umlaufbahnen abnehmen. Die ISS muss ihre Umlaufgeschwindigkeit regelmäßig anpassen, um sie auf der richtigen Umlaufbahn zu halten. Ohne solche Anpassungen würde es mit Sicherheit verfallen. Wenn Sie nun wollen, dass das Objekt sofort zerfällt, müsste es mit der Umlaufgeschwindigkeit der ISS, die etwa 7,7 km/s beträgt, in die entgegengesetzte Fahrtrichtung geschleudert werden. Dabei würde das Objekt direkt auf die Erde fallen und die Beschleunigung beenden, sobald es die Endgeschwindigkeit der Atmosphäre in seiner spezifischen ∆Höhe erreicht. Je nach Material würde es wahrscheinlich auch intakt bleiben.

Wie schwer muss man etwas von der ISS werfen, damit sie deorbitiert?
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