Свободный космонавт

Общим моментом драмы в научной фантастике является потеря троса во время выхода в открытый космос, которая угрожает (или фактически вызывает) отправку незадачливого астронавта в космос.

На самом деле, такая вещь на самом деле неисправимая ситуация?

Если астронавт привязан к космическому кораблю и линия разорвана, астронавт становится новым орбитальным телом. Энергия, высвобождаемая из щелкающего троса, не может быть слишком значительной, учитывая силы, обычно используемые для перемещения космического корабля. Если какая-то взрывная декомпрессия (при условии, что наш герой подходит) обеспечивает значительную силу выброса, я вижу, что восстановление будет немного сложнее, но, вероятно, все же не невозможно. Это, конечно, предполагает, что разорванный трос - не единственная форма жизнеобеспечения.

С точки зрения астронавта, корабль может медленно дрейфовать (и наоборот), но оба они все еще вращаются вокруг планеты внизу. Предполагая, что астронавт может сохранять спокойствие и не терять рассудка и не подвергается слишком сильному влиянию атмосферного сопротивления, не будет ли возможно сделать несколько небольших импульсов тяги либо на небольшой двигательной установке с астронавтом, либо на двигателе на астронавте? корабль такой, чтобы они могли встретиться на следующей или будущей орбите и позволить ему подняться обратно на борт?

Энергия, высвобождаемая из разрывающейся привязи, не может быть слишком значительной . Нет, но энергия, из-за которой оборвалась привязь, может. Представьте себе силу, воздействующую на астронавта, которая растягивает трос до предела.
@JanDoggen: По сравнению с энергией ракетного двигателя это почти ничего. Хотя дельта-V для входа с НОО очень мала, и если астронавт по несчастью «вырвался» в ретроградном направлении, вход в атмосферу представляет собой очень реальный риск.
Чтобы не уходить слишком далеко от темы ветки (видите, что я там сделал?), но... свободно парящий астронавт должен уметь корректировать падение без какой-либо внешней силы (например, броска предмета). Они могут вращать руками, пока вращение не будет отменено.
@DaveC426913: Космонавт, который медленно вращался, мог бы поддерживать примерно постоянную ориентацию своего туловища, размахивая руками, но ему нужно было бы постоянно размахивать руками, чтобы поддерживать ориентацию туловища. Вращательный момент космонавта в целом не мог быть изменен без выброса массы, но пока у него не было слишком большого вращательного момента, он мог сосредоточить его весь в своих руках. Однако делать что-то еще полезное, удерживая руки в движении, может быть сложно.
@supercat: Если космонавт сохранил кусок троса, его можно использовать в качестве реактивного колеса для стабилизации его/ее вращения — просто направьте его в вращение с противоположным импульсом, скажем, крутя его над головой.
Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
В первый раз, когда я совершил выход в открытый космос в космической программе Kerbal, я напортачил и обнаружил, что парю в пустоте. Чувство паники и страха охватило меня. Затем я понял, что нахожусь почти на той же орбите, и проблема, с которой я столкнулся, была точно такой же, как и при обычной стыковке. Затем я понял, что количества топлива для выхода в открытый космос, которое они дают вам в этой игре, было достаточно, чтобы я провалил рандеву буквально десятки раз и все еще был в порядке. Фильмы оказывают сильное влияние на то, насколько серьезным кажется такое событие.

Ответы (4)

Это большой вопрос. Я хотел дать ответ, в котором упоминаются некоторые конкретные ситуации из реальной жизни. В настоящее время в космосе находятся только те, кто находится на борту Международной космической станции. Если кто-то потенциально может попасть в сценарий, как вы описываете в своем вопросе, это будут они.

В настоящее время при выходе в открытый космос используется огромное количество техники безопасности, обеспечивающей безопасность космонавта. Одним из основных компонентов является использование тросов, чтобы космонавт был привязан к реальной космической станции. Если эта привязь оборвется, есть вторичные средства удержать астронавта от дрейфа в космосе.

Как только астронавт освобождается, его главная забота состоит в том, чтобы убрать любую скорость, которая уносит его от космической станции. Причина такой скорости может зависеть от множества факторов. Часто в фильмах это происходит потому, что что-то взорвалось, и космонавт довольно быстро улетает от своей станции/шаттла. В таком сценарии астронавт может использовать свой БЕЗОПАСНЫЙ модуль . Это рюкзак, который носят астронавты во время выхода в открытый космос, и он предназначен именно для такой чрезвычайной ситуации. На нем есть двигатели, способные замедлить астронавта и отправить его обратно к станции / шаттлу. Эти двигатели, конечно, ограничены и могут изменить скорость астронавта только примерно на 3 м/с. Если они двигаются быстрее, им нужен дополнительный способ замедлить себя.

Если по какой-либо причине они не могут использовать двигатели или их недостаточно, им, вероятно, придется полагаться на третий закон Ньютона — на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Это означает, что они могут замедлить себя, бросая любые предметы, которые у них есть под рукой. Если в момент несчастного случая у них в руках был гаечный ключ, они могли бросить гаечный ключ в том направлении, в котором ехали. Акт выброса гаечного ключа в определенном направлении заставит их замедлить движение в этом направлении. В этот момент блок SAFER все еще может быть полезен, даже если в нем закончилось топливо. Они всегда могут бросить это! Если им нужно, они могут попытаться бросить все, от чего они могут безопасно избавиться, что может помочь замедлить их скорость и вернуть их на космическую станцию.

Есть еще одна последняя спасительная благодать, о которой я могу думать. В частности, на МКС есть роботы-манипуляторы снаружи. Эти руки предназначены для выполнения космических работ теми, кто находится внутри МКС, и включают в себя такие вещи, как ремонт и помощь кораблям в стыковке. Вполне возможно, что рука могла быть использована, чтобы схватить свободно плавающего астронавта, или же дать астронавту что-то, за что можно ухватиться. Это, конечно, зависит от того факта, что 1) космонавт находится достаточно близко и 2) рука не была повреждена во время аварии, отправившей космонавта в космос.

Так что, в конечном счете, свободно плавающий астронавт, которого отвязали, не в идеальной ситуации, но уж точно не безнадежной. Есть несколько резервных механизмов, которые космонавт может использовать для спасения себя в чрезвычайных ситуациях. Резервирование — ключ к безопасному космическому путешествию!

Космонавт может схватить робота-манипулятора, но робот-манипулятор не сможет схватить космонавта. Руки могут захватывать только предметы, на которых установлены приспособления для захвата. В костюмах космонавтов для выхода в открытый космос этого нет.
Кроме того, поправьте меня, если я ошибаюсь, но я думаю, что у «Звезды» топлива всего на пару м/с delta V (и свежего «Прогресса» или вездехода ни на тонну больше), поэтому он может быть менее полезен, чем вы думаете. МКС слишком велика, чтобы "грациозно пикировать".
Бросать что-то бесполезно. Космонавт никогда не мог применить силу точно вдоль линии, проходящей через его собственный центр тяжести. Выбрасываемая масса в основном придавала бы угловой момент, то есть просто заставляла бы их вращаться, усугубляя проблему.
@JimGarrison Как насчет ног, то есть прыжков вверх? На Земле люди ухитряются прыгать без вращения и получать дельта-V около 3 м/с.
@jpa Конечно, мы созданы для того, чтобы чувствовать направление силы тяжести и противодействовать ей. Итак, вы говорите, что летающий астронавт может выполнить маневр водолаза, чтобы переориентироваться так, чтобы его ноги были направлены в сторону от того места, куда он хотел отправиться, затем поместить гаечный ключ или другой предмет на подошвы своих ботинок и вытянуть ноги, чтобы «оттолкнуться» от него. гаечный ключ. Попробуй в надутом скафандре...
@JimGarrison лучший способ «бросить» что-то - это поставить это «под» свои ноги, а затем «отпрыгнуть» от него. Таким образом, вы получите максимальную силу с минимальным угловым моментом. Проблема будет заключаться в том, чтобы выровнять себя правильно, чтобы вы действительно двигались в правильном направлении, чтобы облегчить свое выздоровление. Даже тогда это огромный риск, потому что вы все еще можете полностью выйти из-под контроля, поскольку вам нужно визуально угадать правильный импульс ... но вместо того, чтобы дрейфовать безвозвратно, все же стоит попробовать.
Кажется очень маловероятным, что робот-манипулятор будет полезен. Если мы находимся в ситуации, когда БЕЗОПАСНОСТИ недостаточно, космонавт изначально двигался со скоростью более 3 м/с. Если они проделали это хотя бы три секунды, они уже в 10 м и, поскольку БЕЗОПАСНОСТЬ не остановила их, они все еще удаляются. Сама рука имеет длину всего 17 м при максимальном выдвижении, и я предполагаю, что она движется довольно медленно.
Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .

Как только астронавт и космический корабль расходятся, они оказываются на двух разных орбитах. Если сила, которая их разделила, импульсивна (мгновенная сила в одном направлении — например, при отталкивании космического корабля и забывании привязи), эти орбиты пересекаются в точке отправления.

Если вы можете подождать 1 оборот (около 90 минут на НОО), вы пересечете орбиту космического корабля в этой же точке с той же относительной скоростью, с которой вы ее покинули. На самом деле, если вы отправились перпендикулярно плоскости орбиты (поперек пути), так что вы создали изменение плоскости, вы вернетесь всего через пол-оборота.

Однако, как указывает Дэвид, если ваш маневр отъезда имел составляющую внутри пути, так что ваш орбитальный период изменился относительно космического корабля, вы пересечете его путь впереди или позади корабля. В этом случае космическому кораблю потребуется выполнить фазирующий маневр для синхронизации. Лучшее место для этого, вероятно, находится на пересечении плоскостей орбиты, поэтому вам, возможно, придется подождать два оборота или больше, в зависимости от того, сколько delta v ваша команда готова потратить, чтобы вернуть вас.

Это предполагает невозмущенные орбиты двух тел - если между космическим кораблем и космонавтом существует большая разница в сопротивлении, вы можете получить большую разницу, когда вернетесь. Точно так же J2 будет немного смещать вещи, если эксцентриситеты или наклоны орбит значительно различаются.

+1 за указание на нелинейное относительное движение. Вы можете добавить ссылку на этот документ.
Что такое "J2"? ..
Стив, земля не круглая. Это своего рода комковатый сплюснутый сфероид. Чтобы учесть это, вам нужна модель геопотенциала ( en.wikipedia.org/wiki/Geopotential_model ), чтобы точно смоделировать гравитационное поле Земли. Зональный член J2 модели сферической гармонической гравитации является доминирующим членом и соответствует экваториальной выпуклости Земли (экваториальный радиус Земли составляет 6378 км против 6357 км на полюсах). Это приводит к прямому восхождению восходящего узла и аргументу перигея к прецессии. со скоростью, зависящей от апогея, перигея и наклонения. Поиск по "Возмущение J2"
Андреас. У меня было время только бегло просмотреть вашу ссылку. Вы знакомы с уравнениями Клохесси-Уилтшира? en.m.wikipedia.org/wiki/Clohessy-Wiltshire_equations
Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .

Если у вашего астронавта нет собственного двигателя, не все может быть потеряно, если он будет работать с боеспособного космического корабля с членом экипажа на борту. Любой из «Джемини», «Аполлон» или американский космический шаттл мог совершать небольшие поступательные маневры под управлением пилота. На ограниченном расстоянии выход в открытый космос и пилот должны иметь возможность видеть друг друга, и при отсутствии серьезных повреждений корабля должно быть возможно восстановление, если ничего не пойдет не так.

Вы правы, потеря троса для выхода в открытый космос сама по себе не является безнадежной ситуацией. На самом деле, при обычном выходе в открытый космос всякий раз, когда трос не натянут, это фактически то же самое, что и его отсутствие. С небольшим маневрированием, безусловно, можно восстановить внекорабельный объект без необходимости наматывать его на трос.

Проблема, по крайней мере, в фильмах, заключается в том, что когда трос рвется, обычно происходит что-то еще, что пошло не так — взрыв, столкновение с космическим мусором и т. д. Теперь возникает серьезная ситуация, требующая внимания экипажа на борту, и может повлиять на маневренность или другие системы космического корабля. Если человек, оставленный снаружи, не будет доставлен на борт быстро, он может улететь, его орбита снизится, потеряет систему жизнеобеспечения или иным образом станет намного труднее восстановиться.

Проблема (теоретически) в том, что если у человека в открытом космосе нет двигателей, то даже крошечный дрейф или падение необратимы, поэтому ему лучше надеяться, что у кого-то на борту есть веревка или другое спасательное устройство, которое можно бросить в его сторону. (Или сделать, как Мэтт Деймон, проткнуть скафандр и надеяться, что толчок доставит его домой до того, как он потеряет сознание :-))
Будет ли дрейф или падение необратимым? Дрейф будет вызван силой, действующей как на астронавта, так и на космический корабль, мгновенно влияющей на их орбиты. Падение было бы просто изменением отношения астронавта; он не должен иметь возможности воздействовать на свою собственную орбиту без использования какого-либо толчка или силы (даже что-то вроде метания молота даст ему небольшой импульс), но если он просто будет махать руками и ногами, он может начать вращаться. немного (или много), но он не должен заставлять себя менять орбиты. Он также должен быть в состоянии иметь некоторый контроль над остановкой этого вращения с большим движением.
Или, возможно, вы говорите, что «дрейф или падение» - это то, что заставляет его с самого начала покинуть привязь?
@Omaha: Вращательный импульс будет сохраняться, если астронавт не выбросит что-нибудь. Если бы астронавт направил свои предплечья примерно параллельно туловищу и начал вращать их по часовой стрелке, это заставило бы его вращаться вокруг туловища против часовой стрелки до тех пор, пока вращались его руки (вращательный импульс его рук по часовой стрелке должен был бы уравновешиваться вращение против часовой стрелки где-то в другом месте), но если бы у него был какой-либо вращательный момент, единственным способом сохранить постоянную ориентацию его туловища было бы непрерывное вращение какой-либо другой части его тела.
Свободный космонавт
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v