¿Cómo podría ser tan lenta la fuga Soyuz MS-09 / ISS del 2018-08-30?

Según se informa, la fuga hizo que la ISS perdiera 0,8 milibares de presión de aire por hora, lo que es grande teniendo en cuenta lo que estaba en juego y bajo para un agujero de 2 mm cuando el exterior está cerca del vacío total. ¿Me estoy perdiendo de algo? ¿Cómo podría el astronauta alemán incluso bloquearlo con su dedo sin ningún daño si el vacío completo estaba en el otro lado?

Según este comentario , el valor de 0,8 mbar/hr parece provenir de:

Los agujeros pequeños y el vacío en general no son tan letales como la ciencia ficción te haría pensar. De hecho, los humanos pueden producir bastante succión por sí mismos. Si sostiene una pajilla contra su piel y succiona con la boca, puede lograr una presión de aire de alrededor del 10% y no se lesionará o probablemente incluso se sentirá incómodo. Vea aquí alguien mide la potencia de succión humana: youtu.be/ANVI04QmthE
Estaba bloqueando una manguera de 10 bares de unos 5 mm de diámetro con el dedo muy bien. Bloquear un agujero contra una succión de 1 barra no es nada.
Hay un video en youtube de CodysLab que mostró exactamente eso: bloquear un pequeño agujero en el vacío contra la presión.
Tengo curiosidad, ¿de dónde salió exactamente la cifra de "0,8 milibares de presión de aire por hora"? Tienes una fuente?
@uhoh, la única fuente es Stephen Clark de spaceflightnow.com/2018/08/30/… . No hay ninguna mención de la tasa de fuga en otras fuentes, incluido el sitio de la NASA. Pero, por lo general, spaceflightnow.com es una fuente bastante confiable.

Respuestas (4)

La ISS está a 1 bar, es decir, 1 kgf/cm 2 , o 10 gramosf/mm 2 . Entonces, la presión en ese orificio de 2 mm es de 31,4 gramosf, dentro del rango que puede manejar un dedo humano.

Además, la ISS es realmente grande en comparación con el agujero. Cientos de m 3 tardan mucho en evacuarse a través de un orificio de 2 mm.

gracias, intuitivamente pensé que la presión sería mucho mayor en el dedo y, como dices, 2 mm no es mucho en comparación con el volumen de la ISS, ¡así que tiene sentido! Supongo que debo haber estado influenciado por las películas de ciencia ficción donde todo explota tan pronto como hay una fuga ^^ Debería haber hecho el cálculo en lugar de confiar en mi intuición física.
@tsnobip mira este video ¿Usas tu dedo para detener una fuga en la estación espacial? . Puede ver lo fácil que es detener la fuga con el dedo sin ningún problema (tal vez solo un pequeño chupetón en el dedo :))
bueno, fue un placer encontrar a @bitcell, ¡es exactamente el tipo de cosa que estaba buscando! ¡Pero aún así, creo que probablemente habría dudado un poco antes de señalar una fuga de la ISS en la vida real! ^^

Esta es la imagen del agujero ( fuente de noticias , aunque la imagen es de la NASA)

Agujero Soyuz

El agujero tiene 2 mm de diámetro. Incluso con un vacío total en el otro lado, no estás hablando mucho volumen a través de ese agujero. Usé esta calculadora con un gradiente de presión de 101 kPa (estándar ISS) y 0,1 kPa a través de un orificio de 2 mm y obtuve un caudal de agua de ~0,1 metros cúbicos de agua por hora (o 26,6 galones por hora). Por el contrario, EE. UU. tiene un límite de regla estricta de 10 galones por minuto en las bombas de gasolina. Como tal, la presión ejercida a través de ese orificio de 2 mm no será suficiente para extraer mucho más que aire o un líquido viscoso cercano.

No necesita una calculadora de caudal. Simplemente use pag ˙ / pag = metro ˙ / metro = V ˙ / V y convierta esa pérdida de presión de 0,8 mb/h en una pérdida de masa de aproximadamente 0,9 kg/h o un caudal volumétrico de 0,8 m 3 /hora. (Mantengo todos los números en un solo lugar de precisión, ya que eso es lo que se proporcionó originalmente).
Además, el agujero no estaba del todo del interior del casco al exterior. Era un agujero en la capa interna del casco, con un montón de kevlar, aluminio y otros materiales en el medio que aislarían aún más su piel y podrían haber reducido aún más las tasas de fuga.
Usar tasas de flujo de agua o gasolina para comparar es, al menos sin más discusión, bastante inútil. También se podría calcular que solo dos gramos de miel gotearían por el agujero por segundo o algo así, pero esto no nos diría nada sobre la cantidad de aire que pasa a través de él.
@leftaroundabout Mi punto (que supongo que se perdió aquí) es que si no puede escapar mucho líquido por ese orificio, el aire (que en su mayoría es espacio vacío en sí mismo) produciría incluso menos presión. La respuesta de Hobbes fue mejor al calcular la presión en sí.
Debería haber usado la calculadora correcta para un flujo de aire. La calculadora de caudal de agua es incorrecta.

No es realmente que la filtración fuera lenta, sino que tardó un tiempo en manifestarse :

Otra fuente le dijo a la agencia de noticias que el trabajador no informó el error y en su lugar aplicó algún tipo de sellador. Después de dos meses en órbita, el sellador aparentemente se secó, dijo la fuente, y fue expulsado por la presión del aire de la cabina, abriendo una fuga.

(El artículo es ligeramente incorrecto; MS-09 se acopló a la ISS el 6 de junio y la fuga se detectó el 29/30 de agosto, por lo que en realidad tardó casi tres meses en hacerse evidente).

Después de que fallara el sellador, la fuga se detectó muy rápidamente y su pequeño tamaño significó que escapara relativamente poca atmósfera antes de que los astronautas pudieran repararla. Su reparación temporal no será un problema a largo plazo para la ISS: el módulo con la fuga es el módulo orbital de Soyuz, que se desecha para quemarse en la atmósfera después de que los astronautas abandonan la ISS.

Según el artículo al que hice referencia, el trabajador usó pegamento para arreglar el agujero. De haberlo denunciado, lo podrían haber arreglado soldándolo..
@tsnobip, ¿ya has visto esta respuesta? Creo que esto aborda muy bien el momento, pero es posible que se haya publicado después de que aceptó la otra respuesta.

tl; dr:

¿Cómo podría ser tan lenta la fuga Soyuz MS-09 / ISS del 2018-08-30?

Responder:

¡Al tener unos 2 milímetros de diámetro!

El comentario de @DavidHammen convierte 0,8 mbar/h en una tasa de pérdida de aire de aproximadamente 0,8 m^/h, presumiblemente en condiciones estándar. Veamos cómo se hace eso, cómo se compara con "un agujero de 2 mm" y qué significa si no hubo respuesta de ningún tipo (humano o aire acondicionado).

Utiliza las relaciones de primer orden.

pag ˙ pag = metro ˙ metro = V ˙ V = 0.8 × 10 − 3 / h r

donde estoy adivinando pag es la presión del aire restante (asumiendo que no hay aire de reposición ni cambio de temperatura, lo cual es razonable considerando que el aire está en contacto íntimo con tanta área de superficie sólida), metro es la masa del aire restante, y V es el volumen equivalente del aire restante si estuviera en condiciones estándar.

Un volumen presurizado de la ISS por encima de unos 938 m^3 (coincide con los valores de Internet) veces

0.8 × 10 − 3 / h r
de hecho da alrededor de 0,8 m ^ 3 / hr!

Ahora veamos qué se espera que haga un agujero de 2 mm en una placa delgada. Encontré dos calculadoras en línea, aunque pueden tener suposiciones algo diferentes, y el agujero tiene cierta profundidad (el grosor de la pared de la Soyuz en este lugar) y aspereza lateral, pero aun así podemos intentarlo.

  1. http://www.efunda.com/formulae/fluids/calc_orificio_flowmeter.cfm#calc
  2. https://www.tlv.com/global/TI/calculator/air-flow-rate-through-orificio.html

El número 1 da 2,74E-04 m^3/seg o 1,0 m^3/h , casi idéntico al valor citado de 0,8 m^3/h , y el número 2 da algo al menos parecido; unos 3 m^3/h .

Entonces, dejando al descubierto cualquier aire de reposición, eso es aproximadamente una caída de presión del 1% cada diez horas. Eso es suficiente para ser alarmante y, por supuesto, probablemente activaría una alarma en menos de diez horas, ya que los impactos de meteoritos y escombros son tan probables con el tiempo que uno esperaría que la ISS esté muy atenta a las fugas.

Así que para responder a la pregunta

¿Cómo podría ser tan lenta la fuga Soyuz MS-09 / ISS del 2018-08-30?

La respuesta es

¡Al tener unos 2 milímetros de diámetro!

Un límite superior sería la velocidad del sonido dentro del agujero. Eso es 3,7 m^3/h a una presión de 1 bar. Pero la presión debería ser menor en el punto donde se alcanza la velocidad del sonido.
@Uwe Nunca pensé en eso, ¡es una idea útil, gracias!
Fue un poco más simplificado. Se necesita una caída de presión de al menos 2:1 para acelerar el gas a la velocidad del sonido. Cuando la presión cae 0,5 bar, el volumen se expande al doble. Por lo tanto, el caudal volumétrico no es de 3,7 m^3/h, sino de unos 1,85 m^3/h. Pero eso sigue siendo sólo un límite superior.
El flujo se obstruiría (relación de presión > relación de presión crítica de ~ 2, el valor exacto no es importante ya que la presión aguas abajo es cero). Eso simplifica un poco el cálculo.
¿Cómo podría ser tan lenta la fuga Soyuz MS-09 / ISS del 2018-08-30?
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