Arrastre aéreo en órbita

Como dijo Lemon, la razón es que el satélite cae a una órbita más baja. Esto se puede ver de una manera muy sencilla.

cuantitativamente

La órbita se puede aproximar con un movimiento circular con un radio que decae muy lentamente. Esto implica que podemos escribir ecuaciones para el movimiento orbital circular:

por una decadencia$r$, la velocidad de nuestro satélite$v$aumenta

Mecanismo

Si la velocidad orbital disminuye (por arrastre), se perturba el movimiento circular del satélite. Ya no puede mantener su altitud constante y comenzará a caer. El campo gravitacional trabajará en el satélite a medida que cae y le dará una velocidad adicional dirigida por el radio (en realidad, antiparalela al radio). Si el satélite se mueve, la velocidad dirigida por el radio se transforma en velocidad perpendicular al radio. Con el tiempo, esto volverá a convertirse en velocidad dirigida por radio (ahora realmente paralela, no antiparalela al radio), sin embargo, las contribuciones de muchos de esos impactos (ya que la resistencia es continua) cancelarán la velocidad vertical creada por cada uno. Por el contrario, las contribuciones a la velocidad horizontal no se cancelan entre sí (solo el arrastre la cancela parcialmente, sin embargo, como se ve en la parte cuantitativa,

Puede ser más fácil considerar un cambio en la órbita causado por un par de encendidos separados de propulsores cortos, para dividir el proceso en sus diversas partes.

Considere un satélite en una órbita perfectamente circular alrededor de la Tierra. Su velocidad es constante, digamos$v_1$.

Para ir a una órbita más baja, el satélite dispara un propulsor que se opone a su movimiento . El satélite se desacelera , a una velocidad menor, ($v_2$) y ya no se encuentra en su órbita circular original.

En cambio, ahora está en el punto más alto de una nueva órbita elíptica. A medida que continúa en su órbita, se acerca a la tierra y acelera. Si se le dejara solo durante una órbita completa, alcanzaría su velocidad máxima.$v_3$, media órbita más tarde en el perigeo, luego vuelve a subir hasta que alcanza el punto más alto de su nueva órbita elíptica nuevamente, con el mismo$v_2$.

En cambio, el satélite dispara su propulsor nuevamente hacia el perigeo, oponiéndose a su movimiento y ralentizando nuevamente desde$v_3$a$v_4$. Con una planificación adecuada, este último cambio de velocidad deja al satélite con la dirección correcta.$v_4$para una nueva órbita circular inferior; esta es una velocidad mayor que$v_1$!

El punto es que el aumento de velocidad durante la fase de costa es mayor que las dos disminuciones de velocidad combinadas en las dos fases de quema.

Lo mismo sucede a la inversa. La transferencia de un satélite de la órbita terrestre baja a la órbita geosincrónica requiere dos arranques. Ambos aceleran el satélite y la velocidad en geosincronización es menor que en LEO.

En el caso de la fricción del aire, tiene infinitas "quemaduras" que ralentizan el satélite. Hace las matemáticas un poco más complejas, pero el principio es el mismo...