Maniobrabilidad de la nave espacial geosíncrona

Muy bien, esta es una edición de mi pregunta anterior, en respuesta a una serie de urgencias para aclararla. Haré todo lo posible para ser claro y conciso.

¿Cuánto tiempo le tomaría a una nave espacial, bloqueada en una órbita geoestacionaria sobre un punto fijo en la superficie de la Tierra, descender de la órbita a la superficie? También tengo curiosidad por saber cuánto tardaría dicha nave espacial en volver a entrar en órbita, es decir, en volver a la posición geoestacionaria exacta que había dejado anteriormente.

Por supuesto, estoy hablando en términos de la tecnología que tenemos hoy, pero si este tipo de maniobra no es posible con la tecnología moderna, hágame saber por qué y qué se necesitaría para lograrlo.

Entonces, una vez más: ¿es posible mover una nave espacial que orbita alrededor de la Tierra, o un planeta similar a la Tierra, dentro y fuera de la órbita geoestacionaria y, de ser así, cuánto tiempo tomaría?

-C

No estoy seguro de entender, ¿cómo puede estar tanto en una órbita geosíncrona como bajando a la superficie? ¿O quiere decir que emplea algún tipo de sistema de ascensor para descender parte de él?
La pregunta no está clara : le pediría que sea más específico en su pregunta. ¿Regresa este satélite a la misma posición sobre el planeta cada vez que vuelve a entrar en órbita? ¿O simplemente está volviendo a la órbita geosincrónica? La segunda situación es bastante factible, aunque poco práctica debido al tiempo, el combustible y las maniobras precisas que implica. Tenga en cuenta que la órbita geosíncrona es una altitud orbital muy específica que es diferente para diferentes valores de g . Editar: soy consciente de que esto no es realmente una respuesta, pero mi cuenta es bastante nueva y no tiene la reputación
Depende, por supuesto, de qué motores/combustible/fuente de energía tenga el barco... ¿Tiene motores de impulso Trekkish? impulsores de gravedad? ¿Aburridos motores de cohetes químicos ordinarios? ¿Hay una estación de servicio convenientemente ubicada en la superficie?
¿Puedes aclarar lo que estás preguntando? Tal como está ahora, su pregunta suena como "¿puedo moverme mientras estoy quieto?", Lo cual, en el mejor de los casos, no está claro.
También sería útil conocer las dimensiones y la masa del satélite, así como su propósito. En cuanto a este último, tengo la sensación de que la misión es simplemente exponer algún material a un entorno espacial, antes de usarlo en la superficie. Si ese es el caso, una órbita geoestacionaria puede no ser un requisito ni la forma más eficiente de lograr la misión. De hecho, no sería necesario usar un lanzador reutilizable incorporado. Finalmente, sería algo que podemos hacer con la tecnología actual, por lo que al menos podríamos intentar dar una respuesta.
Permítanme aclarar: el satélite generalmente está en órbita geosincrónica, es decir, está en órbita geosincrónica cuando no está en uso. Pero cuando necesita ser usado para algo en la superficie, es sacado de órbita y bajado a la superficie. Cuando se completa la misión, regresa a la órbita geosincrónica. Simplemente me pregunto si este sistema es factible.
Si no tiene ninguna razón en particular para estar en una órbita geosíncrona (GEO) y le preocupa el tiempo que lleva volver a la Tierra, puede volar la nave a una órbita terrestre baja (LEO). Es mucho más rápido, ya que no tiene que viajar tan lejos (solo 160~2000 km para LEO, frente a casi 36000 km para GEO).
Sazanami, ¿habría mayores requisitos de combustible para mantener un LEO sobre un GEO, o sería más o menos lo mismo? En otras palabras, ¿exigiría la gravedad ciertas correcciones de rumbo debido a una órbita más baja?
Sí, en órbitas más bajas, la atmósfera es más densa, lo que significa que habrá más fricción. Por lo tanto, si desea mantener constante la altitud de la nave, deberá aplicar correcciones con, por ejemplo, propulsores. Sin embargo, si no tiene una misión en particular, puede dejar que la descomposición orbital siga su curso. Lo único de lo que debe preocuparse es que el tiempo entre aterrizajes sea menor que el tiempo que tarda la nave en volver a entrar de forma natural (a 600 km, estamos hablando de años). Además, en el transcurso de la misión, ahorrará combustible, ya que el mantenimiento es menos exigente que las maniobras de reingreso planificadas.
Ok, no votaron negativamente porque ahora parece que pusiste una cantidad decente de pensamiento en ello.

Respuestas (2)

Sí, sería posible, pero prohibitivamente difícil (suponiendo un planeta similar a la Tierra) y es posible que ni siquiera sea posible solo con la tecnología moderna.

No hay nada en la órbita geoestacionaria que la haga diferente de otras órbitas con respecto a hacer esto (excepto por los mayores requisitos de delta-v para regresar que con una órbita baja). Su satélite simplemente se quemaría retrógrado hasta que su perigeo sea lo suficientemente bajo, momento en el que simplemente volverá a caer a la tierra y aterrizará.

A partir de ahí, el satélite hace lo que hace y vuelve a su órbita. Si te preocupa estar en el mismo lugar mientras regresas, quémalo en una órbita más baja y luego eleva el tiempo de tu órbita para que termines en el lugar correcto. De lo contrario, puede lanzarse directamente a la órbita geoestacionaria.

La parte difícil de esto es que básicamente necesita aterrizar algo del tamaño de un vehículo de lanzamiento típico y mantenerlo aterrizado, para lo cual la mayoría de estos vehículos necesitan terreno plano e infraestructura especial, además de necesitar esa cantidad de combustible por lanzamiento (suponiendo que tecnología moderna o del futuro cercano), más extra para poder aterrizar en la superficie nuevamente (si es necesario). Si usas tecnología de ciencia ficción del tipo que se usa en Star Wars, Star Trek u otras obras similares de ciencia ficción, entonces esto es mucho más práctico.

Probablemente sería posible hacerlo, pero lo más probable es que no valiera la pena el esfuerzo (tal vez dejar el satélite en órbita y volar un avión sobre el sitio en el que quería aterrizar para que pueda hacer lo que iba a hacer).

En cuanto a la cantidad de tiempo, https://space.stackexchange.com/questions/2914/how-long-does-it-take-for-a-satellite-to-reach-geo dice que tomaría al menos 5 horas 15 minutos para lanzar a la órbita geoestacionaria, y hacer lo contrario probablemente sería similar en la escala de tiempo para hacer eso, pero podría necesitar más tiempo para corregir el rumbo para que aterrice en el lugar correcto. En total, espere aproximadamente una hora extra (matemáticas aproximadas, no me citen en esto) para aterrizar, y hasta otra hora extra en el despegue si le importa dónde termina.

Gracias. Sé que esta es una pregunta un poco dudosa, por lo que simplemente necesitaba más información al respecto. Saber el tiempo aproximado requerido para lograr algo como esto fue particularmente útil.

Supongo que estás pensando en una órbita geoestacionaria. (órbita geosíncrona sobre el ecuador, algo en esto siempre permanece sobre el mismo lugar).

[No estoy familiarizado con mathjax, editado por alguien, se agradece.]

Las órbitas geoestacionarias satisfacen esta ecuación:

(2*pi/T) 2 R = G M / R 2 (donde R es el radio de la órbita, T es el período sideral, G es la constante gravitacional y M es la masa del planeta).

Obtienes el radio como:

R = raíz 3 ( GM / (2*pi/T) 2 ) Esto da 42.267 kilómetros en el caso de la Tierra, la suma de los famosos 35.786 y el radio de la Tierra.

La velocidad orbital: v = (2*pi/T)*R, alrededor de 3074 m/s por la Tierra.

La órbita deltaV más baja desde aquí, que toca la superficie del planeta, tiene periapsis al nivel del mar y apoapsis a 42.267 km. (Una especie de transferencia de Hohmann a la órbita de la superficie).

Tal órbita tendría una velocidad orbital en el apoapsis de v1 = sqrt(GM ( 2/R - 2/(r+R) ) )

(donde r es el radio del planeta y R es el radio geoestacionario como se indica arriba). Para la Tierra es 1571 m/s. Para desorbitar, tienes que bajar tu velocidad en v-v1

Entonces, antes que nada, necesita 1500 m / s deltaV.

El tiempo hasta el periapsis será t = pi*sqrt( ( (r+R)/2) 3 / (GM) )

Se necesitarían 18874 s para aterrizar en la Tierra.

Pero en el periapsis tendrías una velocidad orbital de v2 = sqrt(GM ( 2/r - 2/(r+R) ) )

El suelo solo se mueve con (2*pi/T)*r, así que tienes que desacelerar la diferencia para aterrizar. (en lugar de accidente de hipervelocidad).

En el caso de la Tierra, necesitaría 9940 m/s deltaV adicional para aterrizar.

Esto es mucho. Pero si el planeta tiene una atmósfera adecuada, podría usar aerofrenado y paracaídas para aprovechar al máximo la desaceleración.

Usando estas fórmulas, se puede calcular la salida de órbita dV para cualquier cuerpo celeste.

Idealmente, el ascenso tomaría el mismo tiempo y dV. Pero dado que la resistencia atmosférica y de la gravedad funcionan en su contra en caso de despegue, se necesita un margen de unos miles de m/s. (Dependiendo del tamaño del planeta y el espesor de la atmósfera).

Necesitamos 11 horas para aterrizar con dV mínimo y volver a GEO.

Una nave espacial con motores químicos para lograr esto en la Tierra tendría una relación de masa de aproximadamente 10. Esto es increíblemente alto para una nave espacial compacta, con capacidad de entrada y sin etapas.

Si tuviéramos motores con mejor impulso específico y TAMBIÉN una relación empuje-peso decente, y la capacidad de trabajar de manera eficiente en la atmósfera (digamos una velocidad de escape de 50,000 m/s y un empuje de 20,000 N), podríamos hacerlo. Pero tal cosa necesita una potencia de empuje de 0,5 GW, lo que la convierte en una unidad de fusión voluminosa con grandes radiadores de calor.

Mi mejor idea (para una solución futurista pero físicamente plausible) sería un estatorreactor/cohete de antimateria de núcleo sólido. Utilizaría aire como masa de reacción durante el despegue (y también como refrigerante) y una vez que se alcance la órbita, haría la transferencia GEO mediante un impulso electromagnético de plasma de alta eficiencia y bajo empuje.

Si la conducción es lo suficientemente excesiva, también puede realizar la transferencia con empuje continuo, lo que reduce el tiempo necesario, pero aumenta el consumo de combustible.

Por supuesto, no hay forma de que pueda mantener la "sincronización" durante el ascenso/descenso, pero si tiene mucho tiempo para esperar, o un poderoso impulso de empuje continuo, puede aterrizar en el mismo lugar que ha orbitado anteriormente.

11 horas es el tiempo básico, sin esperas (para aterrizar en el mismo lugar o volver a la misma posición GEO) pero con una trayectoria elíptica mínima de dV. Si su motor es muy eficiente, se puede reducir considerablemente.

Todas las distancias en metros y todos los tiempos en segundos. Si he calculado algo mal (es tarde) házmelo saber.

Me parece sensato, b.Lorenz (posiblemente porque la mayor parte me supera). Sin embargo, una pregunta; ¿La escala de tiempo de 11 horas para el ascenso y el descenso seguiría siendo la misma, incluso si la nave estuviera usando su modelo de estatorreactor/cohete de antimateria de núcleo sólido, o tomaría menos/más tiempo? El tiempo que mencionó se alinea con una de las respuestas anteriores, así que estoy seguro de que así es como funcionaría en circunstancias normales, solo tengo curiosidad por saber si hay alguna forma de acortar la cantidad de tiempo necesario para mover el satélite dentro y fuera de GEO/LEO (específicamente fuera de GEO/LEO y hasta la superficie del planeta).
@CS Wright Sí, si la unidad es lo suficientemente fuerte y eficiente, puede reducir considerablemente el tiempo de viaje, pero a costa de consumir más dV. Por ejemplo, una unidad Gravitic Handwavium, que cancela los efectos gravitacionales externos y proporciona una aceleración constante de 1 g, puede hacerlo en 4100 segundos.
¿Son 4100 segundos en cada sentido (es decir, fuera de órbita/en órbita) o de ida y vuelta?
@CS Wright En todos los sentidos. Pero esto es solo una aproximación muy simple para una unidad muy poco realista. Acelerando hacia arriba durante 1800s con 1g, luego desacelerando con 1g y 300s para construir una velocidad orbital de 3000m/s
Maniobrabilidad de la nave espacial geosíncrona
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