¿Cuáles son las consideraciones mecánicas orbitales detrás de los nanosatélites lanzados a mano desde la ISS?

El artículo de NASA Spaceflight Extended Russian EVA complete: realiza despliegues de satélites dice:

La primera orden del día fue que Ryazanskiy se dirigiera al despliegue manual de cinco nanosatélites desde una escalera fuera de la esclusa de aire , luego de las tareas de configuración, incluido el alojamiento de una cámara Go-Pro. (énfasis añadido)

Los satélites, cada uno de los cuales tiene una masa de alrededor de 11 libras, tienen una variedad de propósitos.

Uno de los satélites, con carcasas fabricadas con tecnología de impresión 3D, probará el efecto del entorno de la órbita terrestre baja en la composición de los materiales impresos en 3D. Otro satélite contiene saludos grabados a la gente de la Tierra en 11 idiomas.

Parece que fueron arrojados con la mano al espacio. ¿Cuáles son las consideraciones mecánicas orbitales detrás del "lanzamiento manual" de cosas desde la ISS? ¿Qué evita que regrese y te golpee en la nuca 93 minutos después? (o desde un lado 46,5 minutos después)

En serio, ¿se aplican reglas y restricciones al lanzamiento manual de satélites desde la ISS para que haya muy poco riesgo de que intercepte la ISS en algún momento posterior? ¿Ciertas direcciones y/o velocidades solamente?

Más antecedentes sobre los nanosatélites:

Un tercer satélite conmemora el 60 aniversario del lanzamiento del Sputnik 1 y el 160 aniversario del nacimiento del científico ruso Konstantin Tsiolkovsky .

Si lanzas un satélite a mano desde la ISS, modificas ligeramente su órbita. Pero en una órbita diferente no podría chocar contra la ISS. El efecto de arrastre en la órbita baja será diferente para la ISS grande y el nanosatélite diminuto, por lo que es poco probable que se produzca un impacto después de 93 minutos. El decaimiento de la altura de la órbita de la ISS es de unos 2 km en medio mes, es decir, 8 m por ciclo.
@Uwe suena bien, pero recuerda, cuando lanzas con la mano, controlas tanto la magnitud como la dirección del Δ v , y una pérdida de altitud de 8 m corresponde a solo unos pocos milímetros/segundo. Además, la falta de uniformidad de la gravedad de la Tierra introduce otra fuente de incertidumbre. No estoy seguro de que "improbable" sea lo suficientemente bueno cuando se trata de la seguridad de la ISS, así que supongo que hay "reglas y restricciones" para que haya "muy poco riesgo". Si está convencido de que no hay reglas, puede dejar eso como respuesta y ver qué sucede.
Dejando de lado los efectos atmosféricos y de otro tipo: incluso si el satélite se encuentra de nuevo con la ISS en algún momento, sus velocidades relativas no serán muy diferentes del lanzamiento inicial.
@RomanReiner y todos los paneles fotovoltaicos y los paneles de radiadores térmicos llenos de amoníaco, y las antenas de alta ganancia (algunas que se muestran en youtu.be/PJzjs4EI22k ) están diseñados y clasificados para aceptar impactos de cubesats de 5 kg lanzados por astronautas y que regresan. Eso sin considerar que la diferencia de velocidad podría cambiar después de algunas órbitas: la Tierra no es un monopolo perfecto. Si cree que es seguro tirar cosas de la ISS de la forma que desee porque nada podría salir mal y, por lo tanto, no hay reglas, ¡considere publicar eso como una respuesta!
@uhoh Si la órbita de la ISS y el nanosatélite difieren solo en 1 m de altura por diferente decaimiento, sus períodos difieren solo en 1,2 milisegundos para una órbita circular en 400 km de altura. Pero a una velocidad de 7,67 km/s, 1,2 milisegundos significa una distancia de 9,2 m. Como escribiste, la diferencia de velocidad es de solo 0,56 mm/s, pero la circunferencia de la órbita es de 42543 km. Si la diferencia en la altura de la órbita aumenta en 1 m por cada órbita, la distancia tangencial aumenta en otros 9,2 m. Creo que es muy poco probable que el decaimiento de las órbitas de la ISS y el nanosatélite sea igual.

Respuestas (1)

Si lanza nadir y retrógrado, colocará el objeto en una órbita de energía más baja de modo que, a menos que se decelere la ISS (ocurren, pero son raros), nunca más se cruzará con la órbita de la ISS. El lanzamiento progrado, cenital o fuera del plano lo preparará para un posible escenario de recontacto.

Estos objetos también son lo suficientemente grandes como para que se puedan rastrear de forma independiente una vez que se hayan separado lo suficiente de la ISS, por lo que se puede evitar cualquier escenario potencial de recontacto.

¿Es esto lo que realmente se hace en la práctica?
Los argumentos basados ​​en la intuición asumen que el campo de gravedad de la Tierra es un monopolo perfecto; r / | r | 3 pero este no es el caso, por lo que los argumentos de agitar la mano en el nivel de metros y milisegundos no son necesariamente válidos. También he preguntado "... ¿existen reglas y restricciones aplicadas al lanzamiento manual de satélites desde la ISS...?" en lugar de "¿Personalmente siente que las posibilidades de que algo malo suceda son pequeñas?" ¿Es cierto que puedes hacer lo que quieras o hay reglas y restricciones?
Existe un rango aceptable preestablecido de trayectorias de desecho que ya se analizó y es aceptable para el programa. Hay un cono que mira hacia abajo y hacia atrás, de aproximadamente 45 grados de ancho, donde siempre que se lance algo en esa dirección con una buena velocidad (al menos 1 m/s o más), el contacto queda casi eliminado como posibilidad. Les prometo que estos no son argumentos hechos a mano, sino que se basan en análisis reales, que no puedo publicar aquí.
@Tristan ¿Se mejoraría la respuesta al editar la información en ese comentario?
@Tristan, la redacción de su comentario es mejor que la de la respuesta; ¿Puedes considerar portar algo de eso de alguna forma? 'hay un cono' y 'al menos 1 m/s'. Creo que eso es lo suficientemente bueno y lo suficientemente fácil como para verificarlo con algunas simulaciones que, en este caso particular, no necesitarían un enlace adicional para que sea verificable. ¡Gracias!
¿Cuáles son las consideraciones mecánicas orbitales detrás de los nanosatélites lanzados a mano desde la ISS?
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