Почему китайская ракета Long March 5B не может продолжать вращаться вокруг Земли без повторного входа в нее?

Ожидается, что вышедшая из-под контроля часть китайской ракеты Long March 5B вновь войдет в атмосферу земли и через несколько часов рухнет на землю. (Сегодня 8 мая 2021 года) В данный момент он вращается вокруг Земли по эллиптической орбите и совершает оборот за 90 минут. С 29 апреля 2021 года он обогнул Землю более 100 раз, а размер орбиты становится все меньше и меньше.

Почему эта ракета не может продолжать вращаться вокруг земли, пока полностью не сгорит в атмосфере или не попадет в небоскребы (так сказать, по траектории, параллельной земной поверхности, а не перпендикулярной ей)? Какие законы физики могут привести к его повторному входу в атмосферу? Он теряет высоту, но что мешает ему терять высоту постепенно и непрерывно (без резкого изменения пути)? Он уже испытывает гравитационное притяжение земли, но что должно вызвать его «внезапное» падение на землю и падение на землю?

Я думаю, вы найдете это полезным: phet.colorado.edu/sims/html/gravity-and-orbits/latest/…
Мэшап, очень простой ответ: вы можете не осознавать, что останки ракеты вообще не питаются . Это так просто .. он медленно падает. Как вы знаете, такие вещи, как спутники связи, могут просто «продолжать вращаться», но они находятся гораздо дальше.

Ответы (2)

Вы описываете что-то, называемое орбитальным распадом , что хорошо понятно. Вот основы, теперь включая более подробную информацию:

С увеличением высоты земная атмосфера постепенно угасает и становится вакуумной. Таким образом, объекты на низкой околоземной орбите будут подвергаться незначительному торможению трением из-за небольшого количества молекул газа, с которыми они сталкиваются. Это заставляет их немного замедляться в ответ, и это заставляет их устанавливаться на орбиту, которая немного ближе к Земле.

Чем ближе орбита к Земле, тем быстрее должен двигаться объект, чтобы оставаться на орбите, поэтому, поскольку трение лишает объект кинетической энергии, он опускается на более низкую орбиту и ускоряется, сталкивается с более плотным воздухом, большим трением, более торможение, понижение орбиты, ускорение и т.д. и т.п.

Этот процесс подпитывается сам по себе до тех пор, пока объект не перестает двигаться достаточно быстро, чтобы вообще оставаться на орбите, и его траектория начинает наклоняться вниз при падении. Трение с воздухом и образование сверхгорячей ударной волны прямо перед ним нагревают его, и он размягчается, плавится и (обычно) распадается, а мельчайшие кусочки сгорают, не успев пройти весь путь. атмосфера. Самые большие куски иногда могут опускаться до поверхности земли.

Это немного сильнее, чем это. Трение не приводит к уменьшению орбитальной скорости — оно увеличивает ее. Это связано с тем, что локальное трение замедляет спутник, но это просто заставляет его перейти на более низкую орбиту, которая преобразует потенциальную энергию в кинетическую энергию и увеличивает скорость. (т. е. трение действительно уменьшает общую энергию, но не кинетическую энергию.) Это то, что действительно приводит в действие экспоненциальную петлю обратной связи, которая делает сход с орбиты таким внезапным.
будет редактировать. -Нильс
Редактирование является огромным улучшением. Аналогичное наблюдение: «пока объект не перестанет двигаться достаточно быстро, чтобы вообще оставаться на орбите» — это правда (объект слишком медленный, чтобы двигаться по орбите на такой высоте), но он также движется быстрее, чем когда-либо до этого . Орбитальная механика просто странная в этом плане =).
Я думаю, вы ошибаетесь насчет объектов, падающих прямо вниз с огромной скоростью. Объекты возвращаются почти горизонтально, тепло от трения о воздух замедляет их. Если они не разбиваются на части (распад возможен для всего, что не предназначено специально для входа в атмосферу), это продолжается до тех пор, пока они либо не упадут на землю со значительной горизонтальной скоростью, либо не замедлятся до тех пор, пока горизонтальная скорость не станет близкой к нулю. В этот момент они падают прямо вниз с предельной скоростью, что не так уж и быстро.
Например, вот фотография падающего метеора в его фазе «темного полета», сделанная норвежским парашютистом: Universetoday.com/110963/… И, конечно, просмотр профилей входа в атмосферу космических капсул покажет то же самое поведение.
@Vikki-formerlySean, хотя, вероятно, анализ показывает, что это также будет соответствовать метеору — он выбирает объяснение гальки, потому что оно гораздо, гораздо более вероятно, и бритва Оккама. Но в контексте этого комментария важно следующее: если бы это был настоящий метеор, он выглядел бы именно так. Что согласуется с точкой зрения jamesqf.
@Vikki - ранее Шон: кажется довольно большим, чтобы считаться «камешком», не так ли? Я не уверен, что что-то такого размера могло быть упущено в упаковке, хотя, если бы это было так, я уж точно не позволю этому парню упаковать мой парашют! И я не вижу, исследовал ли кто-нибудь место упаковки, нет ли там подобных камешков...
@jamesqf: Не совсем; когда вы смотрите на масштаб некоторых предметов снаряжения, видимых по краям кадра, кажется, что галька может быть довольно крошечной по сравнению с ней.
@Vikki - ранее Шон: Для меня это похоже на что-то размером примерно с бейсбольный мяч, хотя я не могу придумать, как сказать наверняка.

Сила гравитации заставляет его снова войти в землю, поскольку у него не было необходимых условий для пребывания на орбите, как у спутников. В самом деле, для каждой орбиты определенного радиуса ( р ), есть определенная скорость ( в ) так, чтобы объект оставался на орбите,

в "=" г М р ,
где М это масса земли и г — гравитационная постоянная . См. этот рисунок из Википедии :

введите описание изображения здесь

Любое отклонение от этой скорости нарушит орбитальное движение и объект сойдет с орбиты (объект выйдет на орбиту с меньшим/большим радиусом или может вообще упасть на Землю или вообще уйти от гравитационного влияния Земли ). Следовательно, должен быть точный баланс между скоростью и радиусом орбиты. У китайской ракеты таких условий не было, потому что она вышла из-под контроля. Наконец он упал на Землю над Индийским океаном. .

При входе в атмосферу Земли скорость ракеты как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях снижается из-за силы сопротивления воздуха (столкновения с молекулами воздуха). С другой стороны, из-за гравитации земли к ракете всегда прилагается направленная вниз сила. В результате горизонтальная скорость ракеты постоянно уменьшается, а ее вертикальная (нисходящая) скорость постоянно увеличивается. В итоге:

Перед входом в атмосферу Земли:

в Икс "=" с о н с т а н т , в у "=" г т + в у 0

После входа в атмосферу Земли:

в Икс "=" я с г е с р е а с я н г , в у ′ "=" г т + в у 0 ′

(Направление вниз считается положительным.)

Постоянное уменьшение горизонтальной скорости заставляет ракету двигаться все меньше и меньше по горизонтали с течением времени. Это означает, что его траектория становится все более и более вертикальной. Эта ситуация проиллюстрирована на следующем рисунке

введите описание изображения здесь

Обратите внимание, что масштаб этой картины нереалистичен.

КСТАТИ, в "=" г М р справедливо только для идеально круговых орбит. Для эллиптической орбиты мы можем использовать уравнение живой природы , в 2 "=" г М ( 2 р − 1 а ) , где а - средний радиус орбиты (то есть среднее значение минимального и максимального радиусов). Конечно, оба уравнения не учитывают атмосферное сопротивление.
@ PM2Ring, спасибо за ваш комментарий. Я знаю, что круговая орбита для простоты и, конечно, она справедлива для спутников Земли с хорошим приближением. В этой ссылке Википедии в моем ответе были обобщены различные типы орбитальных движений. Кстати, общий вывод, который здесь важен, верен для обоих случаев.
Почему китайская ракета Long March 5B не может продолжать вращаться вокруг Земли без повторного входа в нее?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v