Sollten künstliche Satelliten einen intelligenten umgekehrten „Kuhfänger“ haben?

... stellen Sie den Winkel des Kuhfängers so ein, dass er erdwärts abgelenkt wird

Der Fänger könnte so gekoppelt werden, dass er den Aufprall allmählich durch kontinuierliche Federn absorbieren kann.

Das Problem dabei ist, dass es nicht möglich ist, Trümmer abzulenken. Dinge im Orbit bewegen sich mit 10 km/s (20.000 mph!) herum und wenn sie kollidieren, ist der Aufprall so energisch, dass sie im Grunde verdampfen. Dies wird als Hypervelocity bezeichnet . Alle Trümmer, die auf einen Kuhfänger treffen, schlagen nur ein Loch durch.

Gegenwärtig werden Raumfahrzeuge vor Trümmern durch die Verwendung von Whipple-Schilden geschützt . Das Funktionsprinzip besteht darin, dass sich an der Außenseite des Raumfahrzeugs ein relativ dünnes Aluminiumblech befindet, das durch einen Spalt von der Hauptwand getrennt ist. Wenn ein Trümmerstück auf die äußere Abschirmung trifft, verdampft es und ein Teil der dünnen Schicht und bewegt sich weiter in Richtung der Hauptwand. Allerdings breiten sie sich dabei aus, sodass der Druck des Aufpralls auf die Hauptwand verringert wird und sie (hoffentlich) die Hauptwand nicht durchdringen.

...ihr Weg ändert sich ständig in eine niedrigere Höhe. Dies deutet für mich darauf hin, dass der erste Kontakt mit Trümmern wahrscheinlich an dieser Unterkante stattfinden würde.

Die Umlaufbahnen von Satelliten zerfallen zu einem schwachen atmosphärischen Widerstand; Die Höhenänderungsrate ist jedoch im Vergleich zur Orbitalgeschwindigkeit (10 km/s) unbedeutend, sodass Trümmer im Durchschnitt nur die Vorderseite und die Seiten des Raumfahrzeugs treffen. (Wenn Trümmer mit einem Raumschiff kollidieren, denken Sie daran, dass sich zwei Orbitalbahnen kreuzen.)

BinaryFunt hat das Problem mit Geschwindigkeiten und Energien erklärt, aber ich werde eine Ihrer Annahmen kommentieren:

Mein Verständnis ist, dass, da Satelliten allmählich der Schwerkraft unterliegen, sich ihre Bahn ständig in eine immer niedrigere Höhe relativ zur Erde ändert. Dies deutet für mich darauf hin, dass der erste Kontakt mit Trümmern, den ein Satellit (z. B. die ISS) wahrscheinlich haben würde, an dieser Unterkante stattfinden würde.

Alles in einer Umlaufbahn ist bereits der Schwerkraft erlegen. Wenn eine Raumstation relativ zur Erde ruhig gehalten und dann losgelassen würde, würde sie tatsächlich anfangen, auf den Boden zu fallen, aber so beginnen die Dinge nicht, um zu kreisen. Wenn sich etwas in der Umlaufbahn befindet, ist die Anziehungskraft genau die gleiche wie beim Herunterfallen, aber der Unterschied besteht darin, dass es eine gewisse Anfangsgeschwindigkeit hatte, die dazu führt, dass es an der Erde vorbeifällt . Genau so steht zum Beispiel der Mond am Himmel: Er wird immer gleich zur Erde hingezogen, aber als sich das System der Himmelskörper bildete, hatte er schon eine gewisse Geschwindigkeit.

Klassischerweise bleibt etwas im Orbit für immer im Orbit, es sei denn, etwas senkt seine kinetische Energie drastisch. Die Schwerkraft allein bringt die Dinge nicht mit der Zeit näher. Eine Kollision könnte dies tun, aber das wäre wahrscheinlich schon destruktiv, der atmosphärische Widerstand ist wie erwähnt bedeutender, aber immer noch ein kleiner Faktor.

Allerdings gibt es für Orbiter eine Möglichkeit, der Gravitationsquelle allmählich immer näher zu kommen – genauso wie beschleunigende Ladungen elektromagnetische Strahlung aussenden, senden Massen im Orbit auch Gravitationswellen aus und verlieren einen Teil ihrer Energie. Aber die Gravitation ist im Vergleich zum Elektromagnetismus eine sehr, sehr schwache Wechselwirkung, und die Energie, die durch diesen Prozess verloren geht, ist in menschlichen Zeitskalen winzig und wird nicht die Ursache für den Absturz eines Satelliten sein. :)