Wenn ich eine Feder aus dem Orbit fallen lasse, würde sie dann verglühen oder den Boden „aufschlagen“?

Ich weiß, dass Kapseln normalerweise Hitzeschilde benötigen, um den Wiedereintritt aus dem Orbit zu überleben. Ich frage mich, wie sich die Größe, Dichte und das aerodynamische Profil eines Objekts darauf auswirken.

Für mehr Spezifität:

  • Die Feder wäre die Schwanzfeder einer erwachsenen Taube
  • Die Umlaufbahn wäre die der ISS bei +-7,6 km/s
  • Mit "Tropfen" meine ich, mit 5 m / s nach unten in Richtung Erde zu werfen, damit er in einem angemessenen Zeitrahmen die Umlaufbahn verlässt
Eine afrikanische oder eine europäische Taube?
@MarkAdler Ich bin mir nicht sicher, ob Sie wirklich ernsthaft fragen, aber sagen wir mal eine gemeine Ringeltaube mit einer Schwanzfeder von 14 cm
Eine Holztaube würde sicherlich verbrennen.
Ihre Prämisse, dass es mit 5 m / s nach unten geworfen wird, ist fehlerhaft. Tatsächlich wäre es ziemlich schwierig, es in einer angemessenen Zeit wieder eintreten zu lassen, obwohl es irgendwann passieren würde ...
@MarkAdler Der Verweis bezieht sich eigentlich auf eine afrikanische oder europäische Schwalbe , was ich sagen musste, nur um es zu verärgern.
Ich bin froh, dass wenigstens jemand den Hinweis bekommen hat.
Wenn Sie versuchen würden, es nach unten zu werfen, würden Sie einfach die Exzentrizität der Umlaufbahn erhöhen. Da der "Impuls" von 5 m/s nach unten (und damit senkrecht zur Bewegungsrichtung) geht, ändert der Impuls die Energiemenge in der Feder nicht.
Wie viele Taubenfedern müssten Sie jede Minute mit 5 Metern pro Sekunde aus der Raumstation werfen, um ihren Widerstand in der Atmosphäre auszugleichen? Zählt das als "fliegen"?
Hinweis an @Aron: Eine Senkrechte Δ v ändert die Energie, aber um viel weniger als eine Parallele Δ v . Letztere ändert die Energie um den Faktor 1 ± Δ v v , während ersteres es um einen Faktor von ändert 1 + ( Δ v v ) 2 .
@MarkAdler Effekte zweiter Ordnung, wobei dV << V.
Wir wissen dE = F . dx. Wie verändert sich nun der Impuls E? Es muss zuerst die Richtung von geändert werden dx. Effekte zweiter Ordnung
unbeladene Schwalbe
@LocalFluff: Vielleicht wäre eine Tontaube besser geeignet?
Ich schlage wirklich und aufrichtig vor, dass die NASA dieses Experiment zu Bildungszwecken durchführt. Es wäre faszinierend. Die Kosten für den Start der Masse in die Umlaufbahn wären nicht exorbitant, und ein Astronaut könnte sie bei seinem nächsten Weltraumspaziergang einfach so sanft wie möglich freisetzen. Sicherlich hat hier jemand einen NASA-Kontakt, der dies möglich machen kann?? :)

Antworten (1)

Wenn Sie es mit 5 m / s nach unten werfen, wird im Grunde nichts passieren. Das wird einfach dazu führen, dass es in seiner Umlaufbahn ein wenig voranschreitet. Um es zu deorbitieren, müssen Sie es nach hinten werfen, nicht nach unten. Da die Feder in diesem Fall jedoch einen so niedrigen ballistischen Koeffizienten hat, verlässt sie die ISS-Höhe sofort von selbst, ohne dass Sie irgendetwas tun müssen. Warte einfach ein bisschen.

Bei einer 10 cm großen Feder mit einer Masse von 0,05 g habe ich zwei Fälle betrachtet, die die Möglichkeiten einschränken sollen. Der erste Fall ist, dass die Feder mit dem geringstmöglichen ballistischen Koeffizienten in eine frontale Haltung getrimmt wird. Es tritt in weniger als drei Stunden aus der ISS-Höhe wieder ein. Die maximale Verzögerung beträgt etwa 10 G auf 100 km Höhe. Meine Erwärmungsschätzung ist höchst verdächtig (ich wende eine stumpfe Körperformel mit einem Nasenradius an, der auf der Größe der Federmerkmale basiert), aber meine grobe Schätzung ist es 30 W / C M 2 , was für organisches Material ziemlich viel ist. Die Feder würde nicht mehr wie eine Feder aussehen.

Es ist jedoch nicht klar, wie es diese Haltung beibehalten würde. Wahrscheinlicher wäre eine Trimmung mit dem schwereren Teil der Federwurzel nach vorne. Dafür habe ich etwa 1/40 des vorherigen verwendet C D A , gemessen an einer Geierfeder. (Allerdings mit völlig falschen Reynolds-Zahlen, aber hey, das ist nur so zum Spaß.) Dann erfahre ich, dass es in weniger als vier Tagen aus der ISS-Umlaufbahn zerfällt, mit einer maximalen Verzögerung von 8 G in etwa 80 km Höhe. Die Heizung ist viel schlimmer, bei 200 W / C M 2 . Das ist eine typische Marseintrittswärmerate. Die Feder wäre weg.

Wenn überhaupt, vermute ich, dass meine Wahl des Ansatzes und der Parameter die Erwärmung unterschätzt. Meine Schlussfolgerung ist also, dass die Feder leider verbrennen wird. Und ich hatte so große Hoffnungen auf die Feder.

Beachten Sie, dass die verwandte Frage jetzt eine Antwort mit einer Masse liefert.
Als Referenz werden in der Antwort 0,05 g für eine 10-cm-Feder angegeben.
Laut diesem PDF eine "aerodynamische Studie an acht Vogelflügeln und einer einzelnen Feder in einem Windkanal". ist hier dokumentiert: Withers, P., An Aerodynamic Analysis of Bird Wings as Fixed Airfoils, Journal of Experimental Biology, 90, 143 - 162 (1981). Start.
Warum sollte die Feder extrem verzögert werden? Die Feder würde zunächst auf sehr dünne Luft treffen und vermutlich nur eine leichte Verzögerung erzeugen; Würde sich die Kraft beim Abstieg nicht nur allmählich aufbauen? Aber ... unabhängig von der Verzögerungskraft über die gesamte Feder würden Moleküle der Atmosphäre mit Umlaufgeschwindigkeit auf die Feder treffen. Würde das nicht sehr hohen Temperaturen entsprechen?
Wenn der ballistische Koeffizient sinkt, nimmt im Allgemeinen die Spitzenbeschleunigung zu und die Spitzenwärmerate ab.
@AnthonyX: sehr grobe Intuition, die hohe Verzögerung liegt daran, dass es bei Umlaufgeschwindigkeit nicht lange dauert, um von einer Region der Atmosphäre mit hoher Endgeschwindigkeit zu einer Region der Atmosphäre mit viel niedrigerer Endgeschwindigkeit zu gelangen ;-)
Wäre der jüngste LightSail-Zerfall eine gute Annäherung an das Verhalten einer Feder in einer niedrigen Umlaufbahn in Bezug auf den Zerfall? Es scheint mir, dass sie (Feder und ein zu 90-95% ausgefahrenes Sonnensegel von LightSail) ziemlich ähnlich sein sollten C D Und A / M , wenn eine ganz andere Geometrie und Materialeigenschaft.
Wenn ich eine Feder aus dem Orbit fallen lasse, würde sie dann verglühen oder den Boden „aufschlagen“?
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