¿Cuál es el delta-v más grande jamás producido en el espacio a partir de energía almacenada mecánicamente?

Las matemáticas detrás de esta respuesta sugieren que, si bien el delta-v generado por el lanzamiento manual de un objeto desde la ISS no produciría una rápida salida de órbita y una reentrada atmosférica, aún reduciría el periápside en decenas, si no cien kilómetros (dependiendo de la flexibilidad del traje espacial).

Sugerí con humor pero cuantitativamente que un dispositivo de honda de mano (no la maniobra gravitatoria del mismo nombre) sería suficiente.

Cuando los satélites se despliegan desde sus etapas superiores, generalmente algún tipo de pequeño impulso asegura que la separación sea limpia, bien controlada y segura. De los videos que he visto, las velocidades de separación son a menudo del orden de un metro por segundo. Supongo que este impulso suele ser producido por resortes u otros dispositivos que almacenan energía mecánica.

Me pregunto si alguna vez se ha utilizado energía almacenada mecánicamente para producir un delta-v sustancialmente más grande que este, ¿quizás 5 o 10 m/s? ¿Más?

Pregunta: ¿Cuál es el delta-v más grande jamás producido en el espacio a partir de energía almacenada mecánicamente ?

A los efectos de esta pregunta, la energía almacenada como gas comprimido o el cambio de fase no contarían. La fuente de energía debe ser algo parecido a resortes u otro material elástico sostenido bajo tensión mecánica o fenómenos de cuerpo rígido. Además, aunque estoy principalmente interesado en eventos intencionales, también pueden aplicarse eventos no intencionales.

editar: dado que hay varios comentarios sobre la rotación, lo diré explícitamente que la energía almacenada como rotación de cuerpo rígido también está permitida, y dos (o incluso algunos) objetos conectados por una línea bajo tensión contarían como una rotación de cuerpo rígido como bueno, para los propósitos de esta pregunta.

GIF del video de Scott Manley The Antares Rocket: el viaje menos famoso a la estación espacial de la NASA que muestra un dispositivo de energía almacenada que imparte un delta-v entre la primera y la segunda etapa de un cohete Antares.

El cohete Antares: el viaje menos famoso de la NASA a la estación espacialGIF

¿Tal vez considere cambiar la honda a algo así como 'catapulta' para evitar confusiones con el tipo de asistencia gravitacional?
@Jack listo, ¡bien pensado!
¿Considerarías algo como un volante que se desintegra como "energía almacenada mecánicamente|?
@SteveLinton No había pensado en eventos no intencionales o energía mecánica almacenada de esa manera, pero parece estar lo suficientemente cerca. Ajustaré ligeramente la redacción, pero si decide publicar una respuesta, debe ser un evento real y documentado, no solo un escenario hipotético.
¿Qué pasa con el retroceso de un cañón espacial?
@Jack - Iba a decir "trebuchet", pero a cada uno lo suyo.
Otro uso similar de los sistemas mecánicos es para la estabilización del giro de los satélites, sueltan un YoYo con masas para estabilizar el giro. Ver enlace No proporciona ninguna Δ V ¡¡aunque!!
@MyTwoCents youtu.be/001IXnp0ogc y youtu.be/HCtNqD-jlPE y vea ¿Se ha probado o demostrado el Yo-Yo ajustable? así como ¿Cómo puede una maniobra de yo-yo de-spin invertir la rotación? y también ¿Cómo dejó de girar la GoFast 2014 Rocket? Si tiene la tasa de rotación (RPM) y el diámetro del cuerpo del cohete, puede obtener la velocidad; adelante, creo que es una excelente respuesta.
TSS-1R se alejó volando a unos 10 m/s cuando su correa se rompió; no estoy seguro si eso cuenta como "energía mecánica" o no.
@OrganicMarble seguro que cuenta. Dos masas conectadas por una línea bajo tensión giran como un solo cuerpo rígido, almacenando energía. El desmontaje no planificado libera esa energía almacenada. Agregaré rotación a la pregunta para que sea oficial.

Respuestas (3)

La misión del transbordador espacial STS-75 desplegó un satélite en una correa de 20,7 km. A medida que el despliegue se acercaba a su finalización a los 19,7 km, la correa se separó (debido a una complicada cadena de eventos que comenzó con defectos de fabricación) y el satélite se alejó volando a una velocidad relativa de ~ 10 m/s.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Fuente: Informe de la Junta de investigación de fallas de la misión TSS-1R ; la tasa de salida se menciona en el párrafo 3.2.2.4.

¡Esto es interesante! Veo los 10 m/s en la sección 3.2.2.4 . La trama sugiere un despliegue de amarre de aproximadamente 1,7 m/s (6 km/h), pero dice que "la sección enrollada se alejó del orbitador a una velocidad inicial de 3 m/s, aumentando a 10 m/s, que era la velocidad diferencial del satélite Eso significa que probablemente haya al menos otra pregunta aquí en alguna parte.
con clave en 07:13(¡disparo desde Australia!) youtu.be/pQTMliO1JVc?t=433
El video que vinculé lo muestra desde la perspectiva a bordo. Sin embargo, es solo un enlace en una página de la NASA, no en YouTube, por lo que no se incrustó.
Por alguna razón, siempre tengo problemas con ksc.nasa.gov aquí , así que no puedo ver el mpg. Lo intentaré desde otros lugares mañana.
~ 10 m/s es entonces, ¡gracias!

Apolo 13

La etapa S-IVB gastada fue guiada intencionalmente en un curso de colisión hacia la superficie lunar donde experimentó un cambio en la velocidad de 2,58 km/s a través de lo que podría describirse con precisión como "fenómeno de cuerpo rígido". El propósito de colisionar esta etapa con la superficie lunar no fue únicamente como método de eliminación para evitar la basura espacial, sino que proporcionó señales de calibración únicas para el experimento sísmico pasivo del Apolo .

Otros impactadores

El S-IVB del Apolo 13 no fue la única vez que una etapa superior gastada se estrelló contra la luna en nombre de la ciencia, pero es la más rápida hasta donde pude encontrar. Otros incluyen varios de los S-IVB y LM del programa Apollo y el centauro utilizado para LRO/LCROSS . No pude encontrar ningún impactador más rápido hecho por el hombre (ignoré explícitamente los impactos a través de la atmósfera, ya que dejan de ser solo cuerpos rígidos), pero, sinceramente, no fui exhaustivo ya que no siento que esta respuesta se mantenga en el espíritu. de la pregunta, dados los ejemplos proporcionados en el OP. Una respuesta potencialmente ligeramente mejor que evita el problema con el impulso proveniente de un cuerpo celeste es la colisión de Iridium 33 y Kosmos-2251 , que produjo escombros que tenían un cambio de velocidad en el100s de m/s . Sin embargo, esta todavía no es una respuesta satisfactoria para mí.

Apolo 14

20 m/s

Puede que no sea tan impresionante como algunas de las otras soluciones, pero me parece que es el ajuste más satisfactorio con la forma en que se redactó el mensaje.

"Shepard trajo consigo una cabeza de palo de golf de seis hierros que podía sujetar al mango de una herramienta de excavación lunar, y dos pelotas de golf, y realizó varios golpes con una sola mano (debido a la flexibilidad limitada del traje EVA). Exclamó con entusiasmo que la segunda bola recorrió "millas y millas y millas" en la baja gravedad lunar, pero luego estimó la distancia entre 200 y 400 yardas (180 a 370 m)". Wikipedia

Un cálculo rápido del movimiento de un proyectil da una velocidad inicial de la pelota de unos 20 m/s.

También se ha jugado al golf desde el transbordador y la ISS, pero el primero fue un putt y el segundo fue un swing intencionalmente lento.

Para tu información, acabo de preguntar ¿Cuál es el impacto de mayor velocidad entre una nave espacial y un cuerpo del sistema solar? ¿Qué pasa con un impactador dedicado (componente de nave espacial)? donde he hecho una distinción entre impactos de naves espaciales e impactos de impactadores . Es posible que desee publicar una respuesta para abordar uno de ellos.
¿Cómo define "fenómenos de cuerpo rígido"?
Lanzar objetos, acelerar objetos con una banda elástica, contaría; expulsando gases comprimidos o calientes, la aceleración electrostática del plasma no contaría. en.wikipedia.org/wiki/Rigid_body ¡Diría que usar el impacto de un palo de golf en una pelota de golf comprimible definitivamente cuenta!
Me gusta tu respuesta, no creo que haya necesidad de modificarla. Siento que parte de esta investigación merece una mejor pregunta, así que hice una pregunta diferente y sugiero que es posible que también desee volver a publicar parte de esta información allí.

Si la presión neumática cuenta como energía mecánica, entonces el ganador por mucho es la "tapa de alcantarilla en el espacio". En 1957, un arma nuclear fue detonada en el fondo del pozo de una mina con una tapa de alcantarilla de 2,000 lb bloqueando la parte superior. Se desconoce si salió de la atmósfera o se vaporizó, pero si lo logró, es el objeto de movimiento más rápido creado por la humanidad.

Por Wikipedia :

Durante la prueba nuclear Pascal-B, una tapa de placa de acero de 900 kilogramos (2000 lb) (una pieza de placa de blindaje) salió disparada de la parte superior de un pozo de prueba a una velocidad de más de 66 km/s (41 mi/s). ; 240.000 km/h; 150.000 mph). Antes de la prueba, el diseñador experimental Dr. Brownlee había estimado que la explosión nuclear, combinada con el diseño específico del eje, aceleraría la placa hasta aproximadamente seis veces la velocidad de escape de la Tierra.[8] La placa nunca se encontró, pero el Dr. Brownlee cree[9] que la placa no salió de la atmósfera, ya que incluso pudo haber sido vaporizada por el calentamiento por compresión de la atmósfera debido a su alta velocidad.

Incluso si no lo logró, tal vez, brevemente, fue el objeto hecho por humanos que se movía más rápido de todos modos.
Al menos, de energía mecánica, y no de energía electromagnética en el LHC.
¿Hubo alguna evidencia real de lo que sucedió o son solo cálculos teóricos de lo que podría haber sucedido?
@OrganicMarble: hay evidencia que establece un límite inferior para su velocidad. Concretamente, una cámara de alta velocidad apuntó al sitio donde estaba colocada la tapa de registro con la intención de seguir su movimiento. Lamentablemente, solo capturó la tapa de la alcantarilla para un cuadro, por lo que realmente solo puede establecer un límite inferior para su velocidad en lugar de una velocidad real o un cambio en la velocidad a lo largo del tiempo. La tapa de la boca de acceso nunca se encontró, lo que significa que probablemente se escapó de la tierra o se evaporó debido a la resistencia del aire.
Los años cincuenta, cuando era posible soñar con tranvías de propulsión nuclear. No se midió la velocidad de 66 km/s y la estimación podría ser incorrecta de todos modos.
Si cuenta la presión intermedia, casi todos los delta-v cuentan.
@Uwe Los 66 km / seg es un límite inferior, no una estimación. No hay estimación.
@LorenPechtel De la citada Wikipedia "Una cámara de alta velocidad, que tomaba un cuadro por milisegundo, se enfocó en el pozo porque se consideró científicamente interesante estudiar la velocidad de la placa. [8] Después de la detonación, la placa apareció en solo una marco, pero esto fue suficiente para hacer una estimación de su velocidad".
@Uwe Wikipedia no está escrita por científicos. Es suficiente hacer un límite inferior, no una estimación.
¿Cuál es el delta-v más grande jamás producido en el espacio a partir de energía almacenada mecánicamente?
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