Kann ein künstlicher Satellit für immer im Orbit bleiben?

Wenn sich ein künstlicher Satellit im Orbit um die Erde befindet, kollidiert er mit Staub und Gas und verliert durch diese Kollisionen eine sehr geringe Menge an kinetischer Energie und wird schließlich spiralförmig auf die Erde zu.

Wäre es möglich, Sonnenenergie zu nutzen, um den Satelliten für immer im Orbit zu halten*?

*solange die Sonne brennt, also "ewig"="etwa 5 Milliarden Jahre"

Wie würden Sie Sonnenenergie nutzen?
Die einfache Antwort ist nein. Dinge passieren im Weltraum. Schlechte Dinge. Fahrzeugen geht der Treibstoff aus, ihre Solaranlagen fallen aus, ihre Computer fallen aus. Sogar ein Satellit mit Sonnensegeln: Auch diese werden ausfallen (zusammen mit dem Computersystem zur Steuerung des Raumfahrzeugs). Sobald ein Satellit tot ist, wird er zu einem lustigen Spielzeug, mit dem Mond und Sonne zumindest für eine Weile ein wenig Spaß haben können.
Irgendwann brennt sogar ein Star aus ...
Warten Sie - sogar die Umlaufbahn unseres Mondes verfällt, oder? (Ich denke, es wird AUCH durch Gezeitenkräfte "herausgedrückt" - ist das richtig?)
@JoeBlow: Tatsächlich wächst die Umlaufbahn des Mondes, der Mond beschleunigt und steuert auf die Flucht zu. Dafür ist ein sehr interessanter Gezeiteneffekt verantwortlich.
Potenziell könnte ein intelligenter Satellit (denken Sie an KI, der weit über das hinausgeht, was wir heute haben) so lange in der Umlaufbahn bleiben – vorausgesetzt, seine Selbstkorrekturmechanismen waren in der Lage, Korruption über diesen Zeitraum zu verhindern, und vorausgesetzt, er konnte sich weiterhin selbst -Reparatur. Aber sobald Sie die Frage in diese Richtung lenken, wird es zu spekulativ. Die Antwort von HDE ist die beste, die Sie mit unserem aktuellen Wissen bekommen können. Ich muss betonen: Das übersteigt alles, was wir heute können. Wenn es möglich ist, wissen wir nicht annähernd, wie. Wir sind uns nicht einmal sicher, wie man eine 100-Jahres-Sonde herstellt.
Übrigens, ein vollständig passiver Satellit (wie die Zielsatelliten für die Radarkalibrierung) könnte problemlos Tausende von Jahren in der Erdumlaufbahn bleiben. Millions wird schwierig, sowohl aufgrund von Störungen durch vorbeifliegende Asteroiden als auch aufgrund von Schäden durch Meteoriten - Dinge, die auf der Zeitskala von Tausend Jahren noch unwahrscheinlich sind, werden auf der Zeitskala von Millionen Jahren fast unvermeidlich .

Antworten (6)

Die Antwort ist ein klares „Nein“. Es gibt keine Möglichkeit, dass ein Satellit auf unbestimmte Zeit im Orbit bleibt. Ich bin mir immer noch nicht sicher, was Sie mit "Solarenergie" meinen, aber das wird nicht ewig funktionieren. Alles scheitert zu gegebener Zeit. Alle Mechanismen an Bord werden schließlich zusammenbrechen, und im Laufe der Zeit wird der Satellit auf die Erde stürzen. Der einzige Weg, dies zu umgehen, wäre, dem Satelliten einen Orbitalschub zu geben und / oder ihn zu reparieren, aber das ist (meiner Meinung nach) eine billige Lücke. Der Satellit wäre nicht autark.

Um hinzuzufügen, was David Hammen und TildalWave mir beigebracht haben: Der Satellit könnte durch Störungen eines anderen Körpers aus der Umlaufbahn geschleudert und an einen völlig anderen Ort geschickt werden, um dann möglicherweise von einem anderen Himmelskörper wieder eingefangen zu werden. Dann werden die Kräfte des orbitalen Zerfalls wieder darauf losgehen (und wie TildalWave sagen würde) bis zum Überdruss.

Satelliten werden nicht unbedingt auf die Erde stürzen. Ich vermute, dass einige der Raumfahrzeuge im geosynchronen Orbit irgendwann aus dem Erde-Mond-System ausgestoßen werden.
@DavidHammen Ich könnte versuchen, das hinzuzufügen. Welche Prozesse würden einen solchen Auswurf verursachen?
Es gibt alle möglichen Dinge, die die Umlaufbahnen von Satelliten verändern. Störungen durch den Mond, die Sonne und das nicht-sphärische Gravitationsfeld der Erde. Gezeitenstörungen. Strahlungsdruck und sein Cousin, der Yarkovsky-Effekt. Der Kozai-Mechanismus. Diese können die Form der Umlaufbahn, die Ausrichtung der Umlaufbahn und sogar die Größe der Umlaufbahn verändern. Wie ich in einem anderen Kommentar sagte, sobald ein Satellit die Fähigkeit verliert, seinen Zustand zu kontrollieren, wird er zu einem lustigen Spielzeug, mit dem man spielen kann. Das heißt, bis es auf die Erde oder den Mond stürzt oder ausgestoßen wird.
Und wenn es ausgestoßen wird, befindet es sich in einer heliozentrischen Umlaufbahn ähnlich der des Erde-Mond-Systems und kann später wieder eingefangen und wieder ausgestoßen werden, bis zum Erbrechen. Aus einer solchen Dynamik können einige lustige Umlaufbahnen entstehen, zB Hufeisenumlaufbahnen zwischen den Lagrange-Punkten L3 bis L5, Kaulquappenumlaufbahnen zwischen diesen Punkten und dem Erde-Mond, um die Lagrange-Punkte herum usw. Resonanzbahnen. Und unter außergewöhnlich glücklichen Umständen könnte es in der Orbitalmechanik-Version des unendlichen Affensatzes sogar aus dem Sonnensystem ausgestoßen werden und Voyager 1 überholen. :)
@TildalWave "ad nauseum"? Liebe es. Aber Voyager 1 überholen? Das müsste eine verdammte Gravitationsschleuder beinhalten.
@DavidHammen Ich habe einiges von dem hinzugefügt, was du gesagt hast.
@ HDE226868 Ja, eine höllische letzte Schleuder nach vielen weiteren, bevor sie in einem Aphel aufsteigenden Ping Pong, möglicherweise mit mehr als nur zwei massiven Himmelskörpern, von denen einer wahrscheinlich die Sonne selbst und der Satellit auf einer knappen Flugbahn daran vorbei ist. Unendlich kleine Chancen, dass das jemals passiert, daher der Hinweis auf den unendlichen Affensatz, aber nicht ganz unmöglich. Aber die Instrumente des Satelliten würden das nicht überleben. Solch einen Luxus konnten sich Voyager während ihrer Grand-Tour-Mission nicht leisten.
@TildalWave Ich würde gerne eines Tages eine Simulation davon machen.
Folgefrage: Könnte ein Weltraumaufzug ewig oben bleiben?
Ihr erster Absatz besagt, dass der Sat mit der Zeit auf die Erde krachen wird. Dies verstärkt die falsche Vorstellung des Fragestellers von einer unvermeidlichen Abwärtsspirale. Ihr genauerer zweiter Absatz widerspricht Ihrem falschen ersten Absatz.
@HopDavid Wird später bearbeitet. Ich muss diese Antwort wirklich bereinigen.
@HDE226868 Als Beispiel ist hier eine GIF-Animation des J002E3-Objekts , das ursprünglich für einen Asteroiden gehalten wurde, bis sie eine Spektralanalyse durchführten und feststellten, dass es mit einer weißen Titanoxidfarbe bedeckt ist, die von den Stufen von Saturn V verwendet wurde. Es ist eine S-IVB-Drittstufe von Apollo 12. Aber beachten Sie, wie sie 2002 von Erde-Mond zurückerobert wurde, als sie den Sonne-Erde-Lagrange-Punkt 1 passierte, und dann Mitte 2003 durch einen Vorbeiflug am Mond wieder in das heliozentrische Regime ausgestoßen wurde. Lustig Dinge können in der Orbital- / Himmelsmechanik passieren. ;)
Ich glaube einfach nicht, dass jemand in der Lage ist, "solide nein" zu sagen. Die Antwort, wie Sie sie geschrieben haben, 1. Absatz, verbindet ihre Orbitallebensdauer mit ihrem Funktionszustand, ohne ihre Orbitalparameter zu berücksichtigen. Ich denke, es ist ziemlich irreführend. Es wäre viel besser, wenn Sie es löschen würden. Der zweite Absatz (aktueller Bearbeitungsstand) ist besser, nicht zuletzt, weil er auf die Unsicherheiten hinweist, und würde in Ihrer Antwort besser vorgebracht.
@PrivateName Es ist schon eine Weile her, seit ich das gepostet habe, aber wenn ich mich richtig erinnere, war ich mir im Kontext wirklich nicht ganz sicher - ich nahm an, dass sich Flehman auf die Gewinnung von Energie aus Sonnenenergie bezog, aber das würde dem Satelliten nicht direkt helfen nicht länger im Orbit bleiben als jede andere Energiequelle; Sie würden Triebwerke benötigen, um die Umlaufbahn zu ändern (mit Ausnahme von so etwas wie einem Ionentriebwerk). Deshalb war ich etwas verwirrt. Ich entschuldige mich, wenn es falsch rübergekommen ist; Ich habe sicherlich nicht versucht, unhöflich oder pedantisch zu sein.

Die Antwort auf die eigentliche Frage lautete: "Kann ein künstlicher Satellit für immer im Orbit bleiben?" (wobei "ewig" mit ein paar Milliarden Jahren angenommen wird) ist vielleicht .

Es gibt offensichtliche Einschränkungen: Der Satellit konnte sich aufgrund des Zerfalls durch Reibung und Gravitationsschwankungen der Erde nicht in einer erdnahen Umlaufbahn (auch bekannt als LEO) oder sogar in höheren Umlaufbahnen bis zu und möglicherweise jenseits der geosynchronen Umlaufbahn befinden.

Außerdem müsste der Satellit so massiv sein, dass Einschläge von Mikrometeoroiden seine Umlaufbahn nicht wesentlich verändern würden. Was ist der Beweis dafür? Unser Mond befindet sich seit mehreren Milliarden Jahren in der Erdumlaufbahn, und während er (sehr, sehr langsam) davondriftet, ist er immer noch da. Theoretisch ist es möglich, einen massiven künstlichen Satelliten zu konstruieren, der sich in einer ähnlichen Umlaufbahn befinden würde (wenn auch nicht zu ähnlich, oder der Mond könnte ihn stören). Ich denke hier an etwas in der Art eines Todessterns.

Und selbst dann besteht bei einem massiven Todesstern immer eine winzige Chance, dass etwas anderes (ein nahe vorbeifahrender Komet oder ein Asteroideneinschlag) ihn stört. Aber ist es möglich ? Ich denke dass es so ist.

Sie scheinen zu glauben, dass der Luftwiderstand der einzige Einfluss ist. Oberhalb einer bestimmten Höhe gibt es Faktoren, die stärker sind als der Luftwiderstand. Wie David Hammen sagt: „Störungen vom Mond, der Sonne und dem nicht-sphärischen Gravitationsfeld der Erde. Gezeitenstörungen. Strahlungsdruck und sein Cousin, der Yarkovsky-Effekt. Der Kozai-Mechanismus.“

Auch wie Hammen sagt, können diese zu einer Reihe von Ergebnissen führen: Kollision mit der Erde oder dem Mond oder Ausstoß aus dem Erde-Mond-System. Eine unendliche Erdumlaufbahn ist unwahrscheinlich.

Die Stationshaltung mit Solarenergie kann möglich sein, wenn der Satellit über ein elektrodynamisches Halteseil verfügt. Aber ein Tether, der auf unbestimmte Zeit halten könnte, scheint unwahrscheinlich. Die meisten künstlichen Geräte gehen mit der Zeit kaputt.

Aus der Frage:

Wäre es möglich, Sonnenenergie zu nutzen, um den Satelliten für immer im Orbit zu halten*?

Gefolgt von dem Kommentar:

Wie würden Sie Sonnenenergie nutzen?

Für immer (oder sogar 5 Milliarden Jahre) ist eine lange Zeit. Wie die anderen Poster bereits betont haben, ist es unwahrscheinlich, dass irgendein künstlicher Satellit so lange im Weltraum überleben könnte.

Möglicherweise von Nutzen ist jedoch ein treibstoffloses Mittel, mit dem Sie den Satelliten mit Solarenergie auf unbestimmte Zeit* im Orbit halten können. Dies kann erreicht werden, indem ein elektrischer Strom durch ein leitfähiges Kabel geleitet wird , um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das gegen das elektromagnetische Feld der Erde drückt, um den Satelliten neu zu starten.

*Das Problem hier ist die Materialwissenschaft: Die Leine wird relativ lang und freigelegt und anfällig für Schäden durch Mikrometeoriten sein (ebenso wie der Rest des Satelliten). Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, ein mehrfach redundantes Kabelnetzwerk zu verwenden, ein Design, das als „ Hoytether “ geschützt ist. Leider verlängert dies die erwartete Lebensdauer immer noch nur auf weniger als 200 Jahre, was noch lange nicht ewig ist.

TUI scheint ihren Hoytether nicht mehr zu veröffentlichen, obwohl sie immer noch ED-Tether-Antriebssysteme haben.

100 Jahre, möglicherweise ja. 200, evtl. mit High-Tech-Plasmagenerator (derzeit im Forschungsstadium). 5 Milliarden Jahre ... höchstwahrscheinlich nicht. Solarenergie gibt Ihnen Energie, ja, aber dann können Sie nicht einfach eine Batterie auf Ihren Hintern richten und einen Stoß bekommen. Sie müssen also etwas "werfen", um Schub zu bekommen. Der Raketentriebwerk setzt mit sehr hoher Geschwindigkeit Gas frei, das dir Schub gibt. Microthruster drücken normalerweise auch Gas, obwohl Sie heutzutage Ionen-Triebwerke haben können. Ionentriebwerke müssen immer noch ihr eigenes Gas tragen, um es zu ionisieren und auszustoßen. Sie brauchen also etwas Material zum Werfen oder Vollenden (stellen Sie es sich als Brennstoff zum Verbrennen vor), und so wird Ihnen nach einer Weile die Materie zum Werfen ausgehen, selbst wenn Ihre Batterie voll ist. Voyager verwendet die Schwerkraftunterstützung. In der Umlaufbahn um die Erde zu bleiben, gibt Ihnen das nicht.

Ein künstlicher Satellit wird also nicht ohne Programmierung im Orbit bleiben, um die Flugbahn zu korrigieren und Solarbrennstoff zu verwenden.

Erstaunliches Design von natürlichen Satelliten, vielleicht können wir etwas mehr über Satelliten und den Designer lernen, wenn wir ihr Design studieren.

Natürliche Satelliten bleiben auch nicht im Orbit. Wir können keine Satelliten starten, die Millionen Tonnen wiegen (was die Lektion ist, die man vom „Designer“ natürlicher Satelliten „lernen“ muss), also müssen wir uns mit aktiver Kontrolle begnügen, was ihre Lebensdauer verkürzt.
Kann ein künstlicher Satellit für immer im Orbit bleiben?
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