Если выпустить инструмент за пределы МКС в космос, останется ли он на «том же» месте навсегда?

Если астронавт, занимающийся ремонтом за пределами Международной космической станции (МКС), осторожно отпустит инструмент в космос, будет ли он продолжать «летать» (обращаться по орбите) в том же месте относительно МКС, где он был оставлен, навсегда? Я не говорю о том, чтобы бросить инструмент в каком-то направлении, просто осторожно отпустите его.

Поскольку он был выпущен с той же скоростью, с которой МКС вращается вокруг Земли, и нет воздуха, который мог бы вызвать трение и остановить инструмент, интересно, останется ли он в том же положении навсегда. Если не навсегда, то как долго и почему?

Интересно, что если вы толкнете объект так, чтобы он улетел точно перпендикулярно плоскости орбиты станции, он вернется примерно через 45 минут, и вы, возможно, сможете снова его схватить. Со временем кто-нибудь проделает такой трюк с беспроводным йо-йо.
Если вы отпустите инструмент во время выхода в открытый космос за пределами космического корабля, совершающего межпланетное путешествие, он останется неподвижным (более или менее) в течение гораздо более длительного времени. Поскольку он все еще находится на солнечной орбите, он в конечном итоге будет дрейфовать, но в течение нескольких дней или недель, а не минут, как на МКС. Межзвездный корабль будет иметь инструмент рядом с собой в течение нескольких месяцев или лет.
Это случилось хотя бы раз: youtube.com/watch?v=1vXdRUIZ_EM
Различные, но связанные (и много отличных ответов, а также несколько GIF-файлов). Какие вещи были выброшены с МКС?
@Innovine Можете ли вы рассказать об этом подробнее? Я думаю, если вы толкнете что-то так, что оно улетит, потребуется гораздо больше времени, чтобы отделиться на один полный виток...
Конечно, он останется на месте, но только до тех пор, пока коровы остаются сферическими .
@user3067860 user3067860 Если вы нажмете инструмент перпендикулярно орбите станции (нормаль орбиты), он выйдет на очень похожую, но с другим наклоном орбиту. Эта орбита будет снова пересекать орбиты станций на противоположной стороне планеты, поэтому вы толкаете инструмент, он уносится прочь, замедляется (относительно), а затем постепенно возвращается к вам с той скоростью, с которой вы его бросили. На практике он, вероятно, будет дрейфовать из-за множества мелких влияющих факторов, но в целом это поведение вдоль нормали орбиты. объекты вращаются бок о бок, но расходятся, а затем снова сходятся на половине орбиты позже.
@user3067860 user3067860 Вы можете увидеть этот эффект на любой диаграмме орбиты, показывающей маневр смены плоскости. Когда вы отпускаете инструмент с некоторой скоростью в нормальном направлении, вы находитесь в одном узле изменения плоскости. На противоположной стороне планеты находится другой узел, откуда инструмент возвращается на станцию. tinyurl.com/2tw2btmx Здесь МКС будет двигаться в серой плоскости, а инструмент в желтой. Должно быть легко увидеть, как он уходит, а затем снова возвращается после половины витка.
@Innovine Спасибо! С картинкой все понятно.
Прощай, дорогие инструменты. newscientist.com/gallery/dn17038-hubble-space-tools
С точки зрения Земли потерянный инструмент находится на немного другой орбите. С точки зрения космической станции инструмент будет двигаться по кругу, со временем возвращаясь в исходное положение.

Ответы (3)

Он не будет. После освобождения объект находится на орбите, немного отличающейся от орбиты космической станции.

Если вы поместите объект дальше или дальше от Земли, чем космическая станция, он будет немного дальше или немного ближе к Земле, двигаясь с той же скоростью, что и космическая станция, что приведет к немного большему или меньшему эллиптическая орбита с другой большой полуосью и периодом обращения. В результате он не сможет оставаться неподвижным относительно космической станции.

Если вы поместите объект впереди или позади космической станции на ее орбите, если орбита космической станции эллиптическая, объект будет двигаться слишком быстро или слишком медленно по отношению к орбите космической станции, чтобы поддерживать точно такой же орбитальный путь, что и космическая станция. космическая станция движется, и относительно космической станции объект будет дрейфовать.

Если вы поместите объект перпендикулярно плоскости орбиты космической станции и отпустите его, орбита, на которой находится объект, будет иметь совсем немного другой наклон орбиты, чем орбита космической станции, и эти орбиты должны пересекаться, поэтому расстояние между космическими станции, и объект не может оставаться постоянным.

Любое положение, в котором вы отпускаете объект, будет комбинацией вышеперечисленных случаев.

В результате, если космическая станция не находится на идеальной круговой орбите, на ее орбите нет места, где вы можете отпустить объект и навсегда оставить его на постоянном расстоянии от космической станции без корректировки орбиты.

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
... и даже если бы МКС находилась на круговой орбите без трения, а гаечный ключ находился бы на той же орбите, приливы заставляли бы расстояние между их двумя COM увеличиваться и уменьшаться на небольшие величины.

Отличный вопрос для иллюстрации небольших, но измеримых эффектов орбитальной механики!

НЕТ, даже если и гаечный ключ, и МКС являются идеализированными точечными массами на одной и той же круговой орбите.

Масса МКС налагает на гаечный ключ нетривиальное гравитационное ускорение. Если гаечный ключ сбросить на расстояние выхода в открытый космос от МКС, взаимная гравитация сместит его на метровое расстояние за несколько витков. Удивитесь такой малой массе, но это проблема 3body!

НЕТ, если круговые орбиты не компланарны, поскольку они пересекаются.

НЕТ, если компланарные эллиптические орбиты имеют одинаковый период, но разные эксцентриситеты. Пара совершит ретроградную орбиту вокруг друг друга.

НЕТ из-за атмосферного сопротивления. МКС движется по медленной спиральной траектории входа в атмосферу. Гаечный ключ не столько из-за его более низкого коэффициента лобового сопротивления и более высокой плотности сечения.

Лучшее, что вы можете сделать, это поместить ключ в центр масс МКС (ЦМ), который может находиться внутри или снаружи прочного корпуса. Это устранит гравитационные и приливные эффекты. Перетаскивание все равно будет проблемой

Датированная версия местоположения COM для нескольких конформаций приведена в http://athena.ecs.csus.edu/~grandajj/ME296M/RevAB_Volume%20I%20Signed_updated.pdf . Слишком много информации?

По словам Скотта Мэнли

сумка с инструментами была сброшена во время выхода в открытый космос на МКС, и она слетела с орбиты примерно через 9 месяцев.

"МКС, строго говоря, не на орбите" Смешно.
«Орбита» как в «... особенно периодическом эллиптическом вращении». (Оксфордский словарь). Траектория МКС почти эллиптическая. И почти периодически... пока не деградирует и самопроизвольно не возвращается. Эти детали необходимы для ответа на размещенный вопрос: если их принять во внимание, ответ будет «нет». Если нет, то ответ «да».
Возможно, было бы понятнее сказать: «строго говоря, не находится на стабильной орбите»?
@spechter: Но тогда что НАХОДИТСЯ на стабильной орбите при наличии достаточного времени? Классический пример: радиус орбиты Луны увеличивается на 3-4 см/год.
Думаю, это зависит от выбранного вами таймфрейма. Продолжительность выхода в открытый космос? Срок службы космического корабля? Ожидаемое вымирание нашего вида? Я думаю, что в этой задаче продолжительность выхода в открытый космос разумна. Даже на одной орбите гипотетический ключ не будет «остаться на одном месте по отношению к МКС».
@jamesqf - Отличное замечание, хорошо сделано, идеального вакуума (и т. д.) для бесконечно стабильной орбиты не существует. Я думаю, что первое замечание Брюса заключается в том, что орбита заметно деградирует относительно быстро (дни-месяцы), в отличие от большинства естественных небесных объектов, о которых нам не нужно слишком беспокоиться в течение человеческой жизни.
Или вы можете рассматривать это как проблему n-тела. Все замкнутые орбиты в задаче двух тел математически устойчивы (при отсутствии аэродинамического торможения). Не так, если n>2.
Ради смеха я рассчитал гравитационное ускорение, обусловленное массой МКС. С некоторыми произвольными предположениями о местонахождении гаечного ключа при отпускании я получил смещение примерно на 1 социальное расстояние в течение 90-минутной орбиты.
О, дорогой, теперь "социальная дистанция" - это единица измерения? И (не то, чтобы это имело большое значение для вашего приближения), это имперская социальная дистанция (6 футов) или метрическая социальная дистанция (2 м)? 😉
@Matthew И, что еще хуже, некоторые страны/органы просто рекомендуют 1 м или 1,5 м. Я думаю, что эта единица, вероятно, имеет больше вариантов, чем тонна / тонна. :)

Если ваш инструмент имеет хоть малейшее движение относительно вас, даже всего 1 мм/с, вы можете ожидать, что он будет удаляться довольно быстро. 1 мм / с приводит к эллипсу не менее 10 футов, а также к дрейфу до 50 футов за орбиту. На рисунке ниже показана орбита, по которой он будет двигаться относительно вас, в зависимости от направления, в котором вы его отправите. Поскольку в нем, вероятно, будет какой-то «позиградный» или ретроградный компонент, он не вернется непосредственно к вам.

Это старое изображение, которое я храню для справки, потому что восстановить его непросто. Извините, я не знаю, откуда это, вероятно, снимок экрана из старого отсканированного PDF-файла НАСА. Гугл не выдает никаких результатов.
введите описание изображения здесь

Это все для идеальной орбитальной механики, тут еще трение воздуха, радиационное давление и т.д.

Последние 2 случая на диаграмме по существу идентичны одному из Справочника по операциям сближения и сближения АО-1058 , часть 2, стр. 2-14. Этот документ раньше был доступен на веб-сайте Джеймса Оберга, но похоже, что регистрация домена на нем истекла :( Я думаю, что полная диаграмма взята из учебного пособия АО «Рндз», у меня есть скан более новой версии этого документа. изображение, что ISTR пришел оттуда.
Если выпустить инструмент за пределы МКС в космос, останется ли он на «том же» месте навсегда?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v