¿Cuántas horas dura el vuelo suborbital más largo posible de la Tierra?

Este comentario a continuación ¿Cuánto durará el vuelo espacial Blue Origin New Shepard? dice (en parte):

Las palabras "vuelo espacial suborbital" como primeras palabras en la página web de Blue Origin para New Shepard significan que sí, los vuelos durarán unos minutos.

Pregunta: ¿Cuántas horas dura el vuelo suborbital más largo posible de la Tierra?

  • puede ser una estimación (con justificación) o una simple simulación
  • despreciar los efectos atmosféricos
  • no uses la luna
  • no es "infinito"
  • ¡Sin trampas! Debe ser no propulsor.
Sospecho que todo se reduce a "cuál es el tiempo de vuelo para un lanzamiento vertical a velocidad de escape - 1"
@Antzi No creo que sea correcto, por lo tanto, el último elemento con viñetas "no es 'infinito'".
Si alguien con la autoridad adecuada definiera un área donde una trayectoria parabólica pura deja de estar "en órbita", entonces sería simplemente una cuestión de acelerar hasta ese punto, luego dejar que la gravedad haga su trabajo para traernos de vuelta... Dado la fuerza de gravedad promedio, sería fácil de responder. Pero eso implica que podemos estar de acuerdo en una definición. Dado que cada trayectoria de velocidad que no es de escape es una órbita (ya sea que intercepte la superficie de la Tierra o no), y la suborbital es solo una órbita que intersecta la superficie, la más larga es infinita ... lo cual no es un razonable respuesta.
Entonces... ¿podemos llegar a una definición satisfactoria de un vuelo suborbital? Digamos, a LEO y de regreso? ¿Hacia GEO y viceversa? ¿A la órbita de la Luna y de regreso? ¿A una distancia en la que la influencia gravitacional del sol supere la influencia de la Tierra y regrese?
¡@Ghedipunk estás en camino a la respuesta! Sólo sigue con esa línea de pensamiento.
Imagine una órbita elíptica muy excéntrica con un apoapsis ligeramente más pequeño que la esfera de influencia alrededor de la tierra cuyo periapsis es tangente a la tierra. Eso le daría todos los parámetros que necesita para encontrar la trayectoria y el tiempo de vuelo sería simplemente el período.

Respuestas (3)

¿Cuántas horas dura el vuelo suborbital más largo posible de la Tierra?

"Órbita", y por lo tanto "orbital" y "sub-orbital" es otra de esas palabras como "cohete" cuya definición se altera significativamente con el contexto. Cualquier trayectoria bajo la influencia gravitatoria y no dominada por la influencia atmosférica puede considerarse una "órbita", pero aquí en S.SX generalmente tomamos "sub-orbital" en el sentido de "una trayectoria que no permite una órbita completa debido al inevitable aerofrenado y /o efectos de litofrenado".

Por lo tanto, el vuelo suborbital más largo posible desde la Tierra, solo de cabotaje, es una órbita elíptica que va casi hasta el borde de la esfera de influencia gravitatoria de la Tierra (en sí mismo un concepto extremadamente confuso y dependiente del contexto) en el apogeo y regresa a la Tierra con un perigeo lo suficientemente bajo para garantizar una pronta reentrada.

Wikipedia me dice que la Esfera de la Colina de la Tierra se extiende a alrededor de 1,5 millones de km; mi entrenamiento y experiencia en Kerbal Space Program + Realism Overhaul me dice que cualquier órbita con destino a la Tierra que vaya a, digamos, 45 km de altitud volverá a entrar rápidamente.

Esta calculadora orbital me informa que el período de esta órbita es de 75,3 días. Como vamos a 11 km/s en el perigeo, podemos ignorar más o menos el tiempo que pasamos en el extremo atmosférico; el período de la órbita completa es casi exactamente el mismo que el período de la porción suborbital de la trayectoria. Dado que saldremos bastante cerca del borde de la Esfera de la Colina y estaremos desplazándonos a solo 50 m/s en el apogeo, las perturbaciones de otros planetas podrían cambiar este período un poco.

Si usamos la definición de "dos quintos de potencia" de esfera de influencia (no sé si esto tiene un nombre mejor?) el apogeo debe estar más cerca, alrededor de 0,92 Mkm, durante un período de 36,3 días.

Hay, casi con seguridad, alguna trayectoria gonzo que se basa en las perturbaciones de Júpiter y Saturno para hacer malabarismos con la nave espacial en el borde mismo del escape de la Tierra antes de enviarla a casa un año después, pero estoy restringiendo mi solución a las herramientas disponibles para un pobre científico de cohetes hombre de las cavernas descongelado.

¡Bingo! Si semieje mayor a es la mitad de 1,5 millones de millas (alrededor de la esfera Hill y/o L1, L2; es decir, debido al efecto gravitacional del Sol), entonces con GRAMO METRO = 3.986 × 10 14 metro 3 / s 2 , el periodo es 2 π a 3 / GRAMO METRO que es 1796 horas o 74,8 días. Más allá de eso, sus posibilidades de regresar libremente a la Tierra disminuyen drásticamente. No significa que esté garantizado un regreso libre a la Tierra apenas por debajo de esta altitud, los efectos de tres cuerpos aún pueden perturbar la trayectoria, pero esta es una buena estimación de la altura práctica máxima.

Al menos 23.000 km. El concepto de bombardero anitpodal de Sänger :

trineo lanzado, impulsado a velocidad suborbital, 'salta' fuera de la atmósfera superior

Eugen Saenger concibió un avión espacial alado mientras era candidato a doctorado en el Instituto Politécnico de Viena. Su concepto Silverbird de 1933 era para un planeador Mach 10 que navegaría a 160 km de altitud. ...

Tendría una relación L/D hipersónica de 5,1, alcanzaría una velocidad máxima de Mach 13 al quemarse el motor de su cohete y luego entraría en un planeo de 5.000 km de largo, alcanzando un crucero estable de Mach 3,3 a 50 km de altitud.

El refinamiento final del diseño fue su informe de 1944 Concerning Rocket Propulsion for Long-Range Bombers, que presentaba un avión espacial de 28 m de largo con una envergadura de 15 m y una masa de despegue de 100 tonos. El planeador alcanzaría una velocidad máxima de 21.800 kph y tendría un alcance de 23.400 km.

¡Vaya, toda una pieza de historia espacial!

Según la lista de registros de resistencia de vuelo de Wikipedia , el vuelo continuo más largo de un avión hasta el momento ha sido 623:57:00, registrado del 11 de julio al 8 de agosto de 2018, volado por un dron Airbus Zephyr 8 no tripulado.

Fue un vuelo y no alcanzó la órbita, por lo tanto, un vuelo suborbital.

Por supuesto, este no es el máximo teórico, es el máximo práctico conocido públicamente que se ha logrado hasta el momento de escribir esta respuesta.

Mi segundo elemento con viñetas es "descuidar los efectos atmosféricos", así que voy a decir que los aviones no cuentan. Teniendo en cuenta que este sitio trata sobre exploración espacial , es seguro asumir que estoy preguntando sobre vuelos espaciales. Sin embargo, agregaré "no propulsivo" a la pregunta para evitar más ambigüedades.
@uhoh ¿Cómo dejas la superficie de la Tierra sin propulsión? Tiene que ser propulsor al comienzo del vuelo.
@uhoh: Usted distingue explícitamente entre el término "vuelo espacial suborbital " cuando habla de New Shepard y " vuelo suborbital " (sin "espacio") cuando formula su pregunta. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre los dos sino la parte del "espacio"?
@uhoh: ¿Qué quiere decir con "descuidar los efectos atmosféricos"? Usó New Shepard como ejemplo, pero tanto el propulsor New Shepard como la Crew Capsule dependen de manera crucial de la aerodinámica durante al menos una parte de su vuelo: el propulsor tiene aletas de rejilla y la cápsula aterriza bajo paracaídas.
@uhoh: ¿Puede aclarar qué quiere decir con "no propulsor"? Usó New Shepard como ejemplo, pero tanto el propulsor como la cápsula tienen un sistema de propulsión.
@JörgWMittag La nave espacial puede tener sistemas de propulsión a bordo, pero la fase de vuelo suborbital debe ser balística. En otras palabras, no puede usar la energía solar o nuclear para hacer funcionar motores de superiones y flotar propulsivamente para hacer que su vuelo sea más largo. Esta respuesta es una ilustración de vuelo balístico, por ejemplo. ¡Más de 1700 horas en "caída libre" es bastante largo!
¿Cuántas horas dura el vuelo suborbital más largo posible de la Tierra?
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