¿Existe realmente una forma de crear una negación orbital total?

Ah, el síndrome de Kessler . Siempre un favorito cuando se trata de desastres orbitales. Escribí sobre una situación similar , en la que se vuelve imposible para los humanos llegar a la órbita terrestre de manera segura, según los datos de las agencias espaciales. Usé la ecuación ( Ec. 2 ):

$$N=vAn\Delta t$$ dónde $N$es el número de colisiones durante un período de tiempo, $A$es el área de la nave espacial o estación espacial, $v$es la velocidad relativa del barco y la pieza de escombros, y $\Delta t$es el período de tiempo durante el cual ocurren los encuentros. Digamos $A=500\text{ m}^2$(una nave grande o una estación espacial pequeña), $\Delta t=5600\text{ s}$(el período aproximado de la ISS), y $v=15\text{ km/s}$, el doble de la velocidad orbital de la ISS (recuerde, esta es la velocidad relativa , por lo que cada objeto podría moverse a esa velocidad pero en direcciones opuestas).

si establecemos$N=1$(una colisión por órbita), encontramos una densidad numérica de

$$n=\frac{N}{vA\Delta t}=\frac{1}{15000\cdot500\cdot5600}=2.38 \times10^{-11}\text{ m}^{-3}$$ Considere, sin embargo, un anillo centrado en el radio orbital de la ISS (alrededor de $400\text{ km}$). Si el anillo tiene un radio de $10\text{ km}$- suficiente para alcanzar un objetivo de este tipo, incluso con una órbita no circular - entonces su volumen es de aproximadamente $\sim10^{13}\text{ m}^3$. Esto significa que necesitaríamos alrededor de 200 objetos con caminos aleatorios e incontrolables solo en esa área para hacer probable una colisión. ¡Y eso es solo un área orbital!

Dicho esto, necesitarías que el número fuera aún más alto, por varias razones:

• 200 objetos es ciertamente suficiente para rastrear. Estados Unidos por sí solo rastrea casi 18.000 piezas ; 200 sería fácil.
• Los objetos tendrían que ser grandes para causar daños a una nave espacial debidamente protegida, y cuanto más grande sea el objeto, más fácil será monitorearlo.
• Incluso si cubre esta región toroidal, cualquier nave puede simplemente elegir una órbita diferente (dentro de lo razonable). Entonces, tal vez pueda cerrar un par de carriles orbitales, pero hay muchos más disponibles.

Entonces, la negación orbital no es fácil de fabricar de tal manera que podría afectar a un planeta entero . Es bastante difícil.

La explosión de una sola estación crearía un gran dolor de cabeza para aquellos que planean inserciones orbitales, pero no hay suficiente material en la ISS ni nada razonable para construir y lanzar para cubrir más que un área pequeña.

Por un lado, tendrías que triturarlo en confeti para cubrir un área amplia. Buena suerte con eso. En la mayoría de las explosiones, la mayor parte del material estaría en pedazos bastante grandes, ya que una explosión es un gas o plasma en expansión en un recipiente que evita que salga. El contenedor generalmente falla a lo largo de sus puntos débiles y el gas o plasma gasta la mayor parte de su fuerza saliendo por esa abertura. La única forma de obtener confeti es que la explosión sea lo suficientemente grande y se extienda por el contenedor de manera lo suficientemente uniforme como para que, esencialmente, salga del contenedor por todas partes.

Habiendo dicho eso, la negación orbital es fácil. Tenga 3 o más satélites (para cobertura) que lancen misiles (o palancas guiadas) hacia cualquier cosa que intente lanzar desde la tierra. Se necesita mucho combustible para lanzar y la mayoría de los cohetes de lanzamiento tienden a ser grandes y lentos. Son lo suficientemente pesados ​​como para que probablemente no sean lo suficientemente maniobrables para esquivar mucho. Sería como disparar al plato. Un lanzamiento sería como gritar "jala".

Por eso hay tantos tratados sobre la limitación de armas en el espacio. No es porque tengan miedo de que nos matemos allí. Es porque pueden usarse para negar todo acceso al espacio.

Creo que importa mucho si se trata de un accidente, un ataque improvisado o un ataque deliberado. En el peor de los casos de un ataque deliberado, debería ser fácilmente posible. Por ejemplo:

Usando un vehículo de lanzamiento grande (como un Saturn V por el bien de los argumentos), lanza la carga útil a la órbita terrestre y envíala a la luna. Gira alrededor de la luna y regresa en forma de ocho entrando en una órbita retrógrada alrededor de la tierra a la altitud requerida. En este punto, suelte la carga mediante una pequeña carga explosiva. La carga útil es de 40 toneladas de rodamientos de bolas de acero de 1 g. 40 millones de los que se encuentran dentro y alrededor de la órbita prevista deberían destruir efectivamente cualquier cosa en esa órbita.

Dudo que objetos tan pequeños puedan rastrearse fácilmente y estoy seguro de que un impacto sería suficiente para causar un daño catastrófico debido a la energía involucrada, especialmente en una órbita retrógrada. Si la viuda de un transbordador espacial resultó dañada por el impacto de una escama de pintura, un cojinete de bolas de 1 g debería ser lo suficientemente grande y tener suficiente energía para hacer un agujero de buen tamaño en cualquier cosa que probablemente esté en órbita.

Es sorprendentemente fácil. Solo tira arena. La energía cinética es proporcional a$v^2$es sorprendentemente útil para este tipo de cosas.

Digamos que queremos una cobertura de 1 m ^ 2 por órbita similar a la ISS. (Es decir, una colisión en promedio por órbita por área de 1mx1m). Usando la misma ecuación que @ShadoCat , es decir

$$N=vAn\Delta t$$

$\Delta t=5600\text{ s}$(período de la ISS), y$v=15\text{ km/s}$(velocidad orbital relativa, considerando que las órbitas son retrógradas entre sí).

Entonces, la densidad es

$$n=\frac{N}{vA\Delta t}=\frac{1}{15 \frac{km}{s}\cdot1 m^2\cdot5600s}=1.19 \times10^{-8}\text{ m}^{-3}$$

Si consideramos el volumen de una capa esférica alrededor de la Tierra desde, digamos, 350 - 450 km, esto da como resultado un volumen de aproximadamente$2\cdot10^{17}m^3$. Así que necesitaríamos$~2.4\cdot10^{9}$partículas

Esto suena como mucho, pero es sorprendentemente pequeño. Un pequeño grano de arena puede tener 10 mg, en cuyo caso necesitarías levantar ~ 24000 kg para ponerlo en órbita. Un solo delta IV pesado podría hacer eso.

Las partículas de 10 mg a 15 km/s no son inmediatamente catastróficas de ninguna manera (~ 1100 J, aproximadamente a la par con un disparo de pistola), pero tampoco son para estornudar. (Es probable que las antenas, los jets de altitud, los paneles solares, etc. sufran daños con relativa rapidez. Lo mismo sucede con las caminatas espaciales, etc.)

Es probable que esto sea una 'negación orbital' solo en términos de 'nadie puede quedarse, o tener paneles solares, etc.'. Un solo lanzamiento no sería tan probable que se viera afectado.

Tenga en cuenta que no es probable que esto obstruya los cielos para siempre. Los tiempos de reingreso van a ser en meses, no en años. (El reingreso desde 450 km es mucho más largo que desde 350, tenga en cuenta). (Sin embargo, los desechos causados ​​​​por dicha nube ...)

(En la práctica, haría esto con varios lanzamientos más pequeños. Se necesita mucho para cambiar los planos orbitales).

(También estoy pasando por alto una serie de cosas aquí: la velocidad orbital aquí no es en realidad el doble en promedio, (aunque está sesgada de esa manera), etc. Pero esto se contrarresta en gran medida con mis cálculos aquí, asumiendo que necesita cubrir el mundo, mientras que en la práctica solo necesita cubrir mucho menos).

Cálculo rápido .

Inspiración .

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Ahora, ¿podría hacer esto con una detonación controlada de una sola estación espacial? No. La mecánica orbital no lo permite. Tendría que ser retrógrado para comenzar, e incluso entonces la propagación no sería suficiente. Aunque si pudieras... la ISS tiene una cobertura de alrededor de medio millón de kg, o ~ 500 cm ^ 2 por sí sola.