Какие факторы будут способствовать способности космического корабля поддерживать очень низкую орбиту (VLEO) или, по крайней мере, орбиты с очень низким перигеем?

Я спросил, чем объясняется высокий гроб самолета? в авиации СЭ. Теперь мне интересно, какие факторы будут способствовать тому, чтобы космический корабль мог поддерживать низкие круговые орбиты (например, в пределах 200 км / 125 миль от уровня моря Земли) или орбиты с очень низким перигеем (например, в пределах 120 км / 75 миль или около того) без слишком распада. быстро и не возвращаться в атмосферу.

Чтобы выжить на низких орбитах, помогло бы, если бы рассматриваемый космический корабль был меньше? Больше? Более массивный?

Технически, можете ли вы описать неподвижный дирижабль как находящийся в геостационарной VLEO? Если этот дирижабль начнет вращаться вокруг Земли (возможно, потребуется дозаправка в воздухе), это можно будет описать как очень низкую круговую орбиту...
Привет, Джованни. Я видел ваше редактирование тега очень низкой околоземной орбиты, но назначенный вами номер кажется произвольным и не соответствует использованию тега. Например, насколько низка VLEO? (Последнее одобрение FCC для SpaceX) Если вы не можете привести формальное определение, лучше оставить тег пустым, чем просто поставить номер, который кажется приемлемым. Спасибо!
@uhoh По соглашению LEO определяется на расстоянии 160–2000 км, а VLEO будет ниже. Посмотрите на WP или Quora, это нетрудно выяснить. Согласны ли мы с этими разграничениями — это отдельная история.
@DarrelHoffman Могли бы вы сказать, что планер или воздушный шар с гелием, совершивший кругосветное плавание вокруг Земли, вращался вокруг нее? Я так не думаю, вы должны достичь орбитальной скорости для этого.
@ Джованни 2000 км кажется стандартным, но теперь, когда FCC признает очень низкую околоземную орбиту в отличие от НОО, я думаю, что Википедию и Quora необходимо обновить. Руководство по использованию должно быть актуальным и соответствовать его использованию на сайте. Поскольку SpaceX и FCC используют VLEO в официальных действиях, я думаю, что это останется. Таким образом, LEO, возможно, придется немного подтолкнуть, или, может быть, уменьшить до 80 км, и VLEO станет подмножеством. В любом случае теги очень низкой околоземной орбиты и LEO должны быть обновлены, чтобы подтверждать друг друга.
@uhoh Макдауэлл даже обнаружил, что самым низким спутником, когда-либо находившимся на приблизительно круговой орбите, был Lixing-1, который в течение трех дней вращался на высоте не выше 140 км (87 миль). space.skyrocket.de/doc_sdat/lixing-1.htm
@ Джованни отлично!
@Giovanni Я открыл пространство для дальнейшего обсуждения и, возможно, уточнения обоих тегов: где заканчивается тег низкой околоземной орбиты и начинается тег очень низкой околоземной орбиты? Как их следует определить?

Ответы (1)

Чем ниже орбита, тем выше сопротивление. Поскольку сила сопротивления примерно пропорциональна площади, а результирующее ускорение представляет собой силу, деленную на массу, то чем плотнее космический корабль, тем меньше на него влияет сопротивление.

Самый простой способ борьбы с лобовым сопротивлением — носить с собой много топлива и часто его использовать. Это сделает космический корабль менее плотным по мере опустошения бака, но также и более легким, и, следовательно, у него будет меньшая масса для ускорения на том же топливе, что компенсирует это. Главное, о чем нужно беспокоиться, это то, что у вас есть ограниченное количество топлива, и, следовательно, оно в конечном итоге закончится, и у вас не останется способа предотвратить возможный распад.

Драг-модели космического корабля почти всегда представляют собой сферы, но вы можете попробовать сделать длинный узкий аппарат, то есть ракетообразный, и ориентировать его нос по направлению движения. Это уменьшит лобовое сопротивление, но если у вашего автомобиля один конец тяжелее другого, то гравитационный градиент будет стремиться вытянуть его в вертикальное положение, так что его длинная сторона будет обращена к ветру, что увеличит сопротивление и направит хвостовой двигатель не в ту сторону. направление. Вам нужно будет следить за положением и правильно ориентировать дополнительные двигатели, чтобы исправить это.

Вы могли бы делать очень интересные вещи, спроектировав корпус таким образом, чтобы он создавал подъемную силу, а также сопротивление, и сохранял бы положение, как у самолета. Это сложно сделать правильно, и для правильного моделирования требуется гораздо больше динамики жидкости, чем обычно, поэтому вам понадобится специальное программное обеспечение для управления им.

Кроме того, сопротивление — это трение, которое нагревает космический корабль. Чем ниже вы опускаетесь и чем сильнее сопротивление, с которым вы сталкиваетесь, тем быстрее все нагревается. Вам нужны способы контролировать это тепло и избавляться от него, иначе ваш низколетящий космический корабль может расплавиться задолго до того, как у него закончится топливо.

Но ведь на высоте, скажем, 110 км (361 000 футов) не может быть выработано достаточно тепла, которое представляло бы какую-либо опасность для корабля на орбитальной скорости, не так ли?
« Сделает космический корабль менее плотным по мере опустошения бака, поэтому вам потребуется постепенно увеличивать количество топлива для достижения того же эффекта против сопротивления ». Да, космический корабль будет иметь меньшую массу при том же профиле аэродинамического сопротивления, поэтому он будет быстрее замедляться. одинаково (точно одинаково!!) меньшая масса потребует меньше топлива, чтобы компенсировать потерянную скорость.
Я просто размышляю о полярной орбите и вращении Земли. Орбитальная скорость примерно в 17 раз выше скорости воздуха на экваторе, и они перпендикулярны друг другу. Так что, если я смогу спроектировать космический корабль с отношением подъемной силы к лобовому сопротивлению более 17, я смогу получить результирующую положительную составляющую силы вдоль направления движения. Современные самолеты достигают около 20, но я понимаю, что на сверхзвуковых скоростях цифры намного меньше. Есть идеи ... ?
@PcMan спасибо, исправлено.
просто чтобы продолжить эту более раннюю линию мысли, я вижу, что отношение подъемной силы / сопротивления для плоской пластины в разреженной атмосфере и с зеркальным отражением составляет всего 1 / тангенс (тета), что произвольно велико для очень малых углов атаки. Я предполагаю, что проблема при таких скоростях заключается в том, чтобы заставить молекулы красиво отскакивать от поверхности в правильном направлении и без потери энергии. Даже если вы сможете найти поверхность, достаточно гладкую, чтобы дать зеркальное отражение на атомном уровне, эффективная температура молекулы O2 при орбитальной скорости составляет около 2000 К, чего, безусловно, достаточно, чтобы разрушить большинство поверхностей.
Вы так и не остановились на вопросе тепла. Я не думаю, что аэродинамический нагрев является проблемой для полета на орбите выше ~ 50 миль (80 км). Было замечено, что шаттл Columbia впервые потерял обломки на расстоянии около 70,5 км (44 мили).