Почему так сложно предсказать точное место и время возвращения объекта на очень низкой околоземной орбите?

По сути, вы точно не знаете, какому сопротивлению будет подвержен космический корабль на таких низких орбитах. В этом есть два основных момента:

• Непредсказуемость плотности атмосферы, которая подвержена большим изменениям по мере того, как вы спускаетесь ниже, и космическая погода, также играющая важную роль во влиянии на плотность частиц, например, Солнце сейчас находится в периоде солнечного максимума , в результате чего больше выбросов попадает в наши верхние слои атмосферы . , увеличивая сопротивление космического корабля, которое не является постоянным на его орбитальном пути. См. больше в этом ответе , но просто чтобы подтвердить это хорошей цитатой из документа Корнельского университета об одновременной оценке орбиты и плотности атмосферы для группировки спутников (PDF):

  Для многих спутников на низкой околоземной орбите (НОО) наибольшая неопределенность динамической модели связана с атмосферным сопротивлением. Ускорение из-за атмосферного сопротивления$a_D$связано с плотностью атмосферы$p$по уравнению:

  $$a_D = - {1\over2}({C_D{A_v(t)\over{m_s}}})\ {pv_r}^2e_v$$

  куда$C_D$коэффициент лобового сопротивления,$A_v(t)$площадь поперечного сечения спутника в направлении движения,$m_s$- полная масса космического корабля,$v_r$- величина скорости относительно окружающей атмосферы, и$e_v$является единичным вектором в направлении относительной скорости. Неопределенность входит в это уравнение тремя способами. Во-первых, скалярное произведение$({C_D{A\over{m_s}}})$, известный как обратный баллистический коэффициент, обычно является неопределенным и может меняться во времени. Во-вторых, относительная скорость может быть неопределенной либо потому, что она еще не была точно оценена, либо потому, что местный ветер не вращается идеально с Землей. Наконец, плотность атмосферы очень трудно определить. Существуют три основные парадигмы для работы с неопределенностью сопротивления: ее можно смоделировать, измерить прямо или косвенно или оценить в сочетании с орбитами спутников.

• Неспособность предсказать устойчивость полета космического корабля, как он будет реагировать на повышенное сопротивление и ориентироваться без работающей системы управления ориентацией (ACS), поскольку он израсходовал все свое ксеноновое топливо для своих ионных двигателей. GOCE аэродинамически обтекаем, поэтому он может быть довольно стабильным, как показывает текущая телеметрия , и не теряет быстро высоту даже в своем перигее, который сейчас ниже официальной космической высоты или линии Кармана.100 км (62 мили) над уровнем моря Земли. Похоже, у него все еще нет проблем с достижением апогея более 130 км, как это было во время последнего витка во время написания этого ответа. Однако это не самолет, и в конечном итоге он потеряет управление, закрутится и развалится из-за огромного атмосферного давления (его текущая скорость составляет почти 8 км / с), которое больше влияет на переднюю сторону, чем на его хвост, когда он вращается в атмосфере.

       ^{Последний наземный трек GOCE, когда он направляется в воздушное пространство Китая во время одного из своих последних витков (Источник: ESA GOCE Tracking )}