Wie stabil ist die atmosphärische Widerstandskraft, der die ISS ausgesetzt ist?

Angenommen, man wollte die Leistung eines hypothetischen, leistungsstarken Ionentriebwerks auf der ISS modulieren, um die atmosphärische Widerstandskraft kontinuierlich zu kompensieren, um zumindest zwischen den Experimenten der Station nahezu perfekte Freifallbedingungen (fast Null Mikrogravitation) zu erreichen Manöver.

Wie ist die Zeitabhängigkeit der Widerstandskraft auf der ISS? Ist es ziemlich konstant, sagen wir innerhalb von 10% über einer bestimmten Umlaufbahn? Oder gibt es eine große Tag/Nacht-Variation aufgrund der Wechselwirkung von Sonnenstrahlung und Sonnenwind mit der Ionosphäre?

Gibt es andere Effekte, die auch innerhalb des Zeitrahmens einer bestimmten Umlaufbahn zu erheblichen Änderungen der Widerstandskraft auf der ISS führen können?

Hinweis: Dies ist ein Gedankenexperiment zur Erforschung der Art der Widerstandskraft auf der ISS in ihrer Umlaufbahnhöhe, kein Vorschlag für einen praktischen Weg zur Minimierung der Mikrogravitation, da es mehrere andere Überlegungen gibt, sodass es nicht erforderlich ist, eine Liste davon zu beginnen in Kommentaren. Diese Frage hat ihren Ursprung in Kommentaren unter dieser Antwort .

Erinnerst du dich an Tiangong-1? Schon am Vortag änderten sie die vorhergesagte Einschlagszeit wegen fehlender erwarteter Sonnenaktivität auf mehrere Stunden später. Es hört sich also so an, als gäbe es eine ziemlich große Variation, obwohl ich keine Zahlen habe.
@NathanaelVetters Die starke Rückkopplung beim atmosphärischen Wiedereintritt macht das Problem viel unvorhersehbarer. Bei 400 km verliert die ISS nur etwa 10 Meter oder weniger pro Umlaufbahn, also ist diese Art von exponentiellem Verhalten hier kein wirklich gutes Modell.
Nicht genug für eine wahre Antwort, aber vielleicht hilft es jemandem: Es gibt einen signifikanten Unterschied in der atmosphärischen Dichte (in 100 km Höhe) mit dem Breitengrad. Das wäre ein Effekt zweimal pro Umlaufbahn. Es gibt auch einen Tag-Nacht-Unterschied. Das einzige unbezahlte Wallpaper, das ich zur Hand habe, ist Newton&Pelz: agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/JA074i016p04169
Hoppla, tut mir leid, sieht so aus, als wäre diese Zeitung tatsächlich Paywall-geschützt. Mein Fehler. Ich werde sehen, was ich finden kann ...
@BobJacobsen ist bei der NASA erhältlich . Obwohl die Daten von Explorer im Jahr 1966 vielleicht nicht das letzte Wort zu diesem Thema sind, ist es sicherlich interessant, darüber zu lesen!

Antworten (3)

In dieser Präsentation über den Satellitenwiderstand gibt es eine Tabelle mit den Dichteschwankungen in einer Umlaufbahnhöhe von 400 km.

Der Sonnenzyklus verursacht Schwankungen von 1600 % und einen Zeitraum von 11 Jahren.
Halbjährliche Variationen mit 125 % und einer Laufzeit von 12 Monaten.
Sonnenrotation (UV-Strahlung) mit 250 % und einer Dauer von 27 Tagen.
Große geomagnetische Stürme mit 800 % und 3 Tagen.
Tageseffekt (Tag/Nacht) mit 250 % und einer Frequenz von 1 Tag.

Die Thermosphäre wird von der Sonne erwärmt, die Dichte nimmt auf der Tagseite der Erde zu. Die ISS wird innerhalb einer Umlaufdauer von etwa 90 Minuten eine Dichtemodulation erfahren.

Diese! Die enormen Schwankungen des Luftwiderstands über die elfjährige Sonne machen die Vorhersage des Luftwiderstands sehr schwierig und ein bisschen wie eine Fiktion. Die große (aber nicht sehr große) kurzfristige Schwankung macht es so schwierig, den Tag vorherzusagen, an dem ein Satellit wieder eintreten wird. Eine gute Sonneneruption, die sogar in schwachen Sonnenzyklen auftreten kann (z. B. das Carrington-Ereignis), kann die Erdatmosphäre wie einen überhitzten Marshmallow anschwellen lassen.
@David Hammen: Ein Zitat aus der Präsentation: „Während des großen geomagnetischen Sturms vom 13. bis 14. März 1989 ging die Verfolgung von Tausenden von Weltraumobjekten verloren. Ein LEO-Satellit verlor während dieses Sturms über 30 Kilometer an Höhe und damit eine bedeutende Lebensdauer ."
Huch! Was für ein schönes, interessantes Durcheinander!
"Tageseffekt (Tag/Nacht) mit 250 % und einer Dauer von 1 Tag" meinen Sie eine Dauer von 1 Umlauf (zB 90 Minuten)?

Sehen Sie sich dieses Dokument an, wie gut Gravity Probe B genau das geschafft hat. Es hat Diagramme der erforderlichen Gegenbeschleunigung als Funktion der Zeitskala (ausgedrückt in Frequenz). GP-B befand sich auf einer höheren Umlaufbahn, 642 km, aber die Variabilität sollte zeitlich ähnlich sein, nur viel geringer.

Normalerweise warnen wir neue Benutzer vor Nur-Link-Antworten, also sollte ich es fairerweise auch hier tun. Können Sie zumindest eine Zusammenfassung oder einen Screenshot der Gegenbeschleunigung als Funktion der Zeitskala (Abbildung 9?) hinzufügen, um einen Teil des Wertes und Nutzens Ihrer Antwort zu bewahren, wenn/sobald die Verbindung verrottet? Vielen Dank!
Siehe auch upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e5/ISS_altitude.png , das die ISS-Höhe über einen Zeitraum von etwas mehr als sieben Jahren zeigt. Sobald der Höhepunkt des Sonnenzyklus 23 weit überschritten war, durfte die ISS in Höhen operieren, die während des Höhepunkts dieses Sonnenzyklus gefährlich gewesen wären.

Umlaufbahn: Apogäum: 408 km Perigäum: 401,1 km

Das Kepler-Gesetz der gleichen Fläche in gleicher Zeit besagt, dass das Geschwindigkeitsverhältnis Apogäum/Perigäum = 6808/6801,1 km = 1,001 ist

Der Widerstand ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, daher ist das Widerstandsverhältnis = 1,002

Annahme: Der Luftwiderstandsbeiwert ist für die Geschwindigkeiten derselbe und die atmosphärische Dichte ändert sich bei einer Differenz von 7 km in einer so großen Höhe nicht merklich.

0,2 % sollte also die Änderung der Widerstandskraft sein.

Oh das ist so unwissend von mir. Ich werde die Antwort bearbeiten.
Eine Höhenänderung fügt einen Proportionalitätsfaktor hinzu, der nicht signifikant sein sollte. Ich werde nach einer Gleichung suchen, die für die Variation der LEO-Dichte gültig ist
Diese Antwort übersieht den großen Tageseffekt (ein Faktor von mehr als zwei), die viel größeren Schwankungen aufgrund geringfügiger Änderungen der Sonnenaktivität und die absolut enormen Schwankungen im Verlauf des elfjährigen Sonnenzyklus.
Der Tageseffekt tritt auf, denn wenn Sie sich auf dem Perigäum befinden und es am Perigäumspunkt Nacht ist, nimmt die Dichte bei LEO aufgrund der viel kühleren Temperatur ab? Oder erhöhen?
Der Tageseffekt hat nichts mit Höhenänderungen des Raumfahrzeugs zu tun. Es ist eine Variation in der Atmosphäre selbst. Die Sonne erwärmt die sonnenbeschienene Seite der Erdatmosphäre und lässt sie anschwellen. Die Atmosphäre auf der unbeleuchteten Seite der Erde kühlt ab und schrumpft. Etwa 16 Mal am Tag durchfährt die ISS diese große Dichteschwankung.
Wie stabil ist die atmosphärische Widerstandskraft, der die ISS ausgesetzt ist?
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