Paracaidismo... Desde una estación espacial

Ahora es el final del siglo 23 y ahora hay cientos de estaciones espaciales, orbitando aproximadamente a la altura de la (ahora fallecida) ISS, más o menos unos pocos kilómetros. Últimamente, la Flota Espacial Internacional™ ha estado tratando de encontrar una forma de hacer que la gente regrese a la Tierra sin la necesidad de usar mucho combustible para cohetes para los descensos.

Para hacer esto, la ISF™ ha decidido, en lugar de enviar personas desde las estaciones en cohetes, en lugar de eso, enviarán personas haciéndolas "saltar en paracaídas" a la Tierra. Supongamos que las siguientes cosas ya están en su lugar:

  • Ahora existen métodos para evitar que las personas se desmayen a altas velocidades y altas fuerzas G.
  • El "paracaidista" tiene que operar manualmente los mecanismos de su traje, por ejemplo, desplegar paracaídas, etc.
  • Los "paracaidistas" salen y se "zambullen" desde las estaciones espaciales a horas programadas para asegurarse de que no haya colisiones y que aterricen en el área correcta.

¿Es esto plausible de alguna manera? Si es así, ¿hay algo que deba cambiarse para hacerlo más plausible? Si no es plausible, o posible en absoluto, ¿por qué? Y si es así, ¿hay algo que podría cambiarse para hacer algo plausible?

EDITAR: Esta pregunta no es lo mismo que esta pregunta . Esa pregunta es si este tipo de escenario es posible dadas algunas restricciones muy estrictas, en un período de tiempo anterior. Mi pregunta se establece en un período de tiempo completamente diferente y tiene restricciones más flexibles.

@DanHenderson Con la restricción adicional de que esta vez, lo que dejas caer es un ser humano que presumiblemente quiere sobrevivir para aterrizar. Esto no es ni mucho menos una respuesta, pero Star Trek toca el paracaidismo orbital , con un resumen aquí .
También se ha hecho en el universo de Old Man's War .
En los años 60, General Electric trabajó en un concepto llamado "MOOSE", que significaba
No es un duplicado; la otra pregunta es: "Dados estos recursos, ¿podría alguien lanzarse en paracaídas desde la ISS?" Este pregunta: "¿Es razonable operar algo que le permita lanzarse en paracaídas desde la ISS?" Los recursos necesarios están abiertos. La respuesta a la pregunta anterior fue no. La respuesta a ésta pregunta es sí.
¿Los transbordadores suelen utilizar mucho combustible en condiciones decentes? Mi impresión fue que el costo fue insignificante en comparación con el costo de alcanzar la órbita, ya que es posible usar el freno de aire para reducir la velocidad. Y los transbordadores tendrán que ser enviados de todos modos si van a ser reutilizados. No puedo imaginar que agregar personas al descenso aumente el costo más de lo que lo haría un sistema de buceo espacial.
es posible que desee mirar a Joseph Kittinger y excelsior I, que involucró paracaidismo desde 102,800 pies. en.wikipedia.org/wiki/Project_Excelsior o el siguiente salto de Red Bull Stratos desde 127 800 pies. en.wikipedia.org/wiki/Red_Bull_Stratos
Hay un par de compañías de "aventura espacial" / "turismo espacial" que hablan de paracaidismo desde cohetes suborbitales. Como mencionó John, Kittinger lo hizo (con un globo meteorológico). No fue necesario salir de órbita. Sin embargo, la aprobación de la FAA podría ser un problema. Vi a un tipo proponer un cohete de este tipo frente a un funcionario de la FAA y el tipo de la FAA parecía tener el comienzo de una migraña.
Parece que le gustaría una versión reducida de lo que ya tenemos (la cápsula), que hace lo que necesita. Solo use algunos materiales del futuro cercano para proteger su paracaídas de la misma manera que lo hace una cápsula. Nunca subestimes la ciencia de los materiales.
" en lugar de enviar gente desde las estaciones en cohetes " Nadie ha hecho eso nunca .
Agregaría una nota: en el paracaidismo de hoy, no confiamos en que el paracaidista realice su propio lanzamiento todo el tiempo ... un Dispositivo de activación automática (AAD) es un dispositivo que puede desplegar automáticamente el paracaídas de reserva después de un tiempo particular o si la persona llega a cierta altura.

Respuestas (6)

Este sistema ya se ha considerado como un sistema de evacuación de emergencia para la estación espacial, consulte el MOOSE .

Es como una mochila que contiene básicamente lo mínimo para salir de órbita y tratar de sobrevivir al reingreso:

  • Un pequeño cohete para perder suficiente velocidad para bajar su perigeo (punto más bajo de su trayectoria) lo suficiente como para encontrarse con la atmósfera.
  • Una espuma de poliuretano para protegerte del calor durante el reingreso.
  • Una rampa para reducir la velocidad una vez que haya alcanzado una atmósfera lo suficientemente densa.

Todavía requiere un cohete, pero será muy pequeño dado que la masa para desacelerar es realmente baja en comparación con una nave espacial real (he leído en alguna parte que sería del tamaño de un extintor de incendios).

Aunque es realmente simple, nunca se ha implementado en una estación espacial o una nave espacial, y mucho menos se ha utilizado para un reingreso real.

Moose siempre tuvo la intención de ser un respaldo de emergencia. Nunca iba a ser una forma segura de salir de órbita. Todavía +1 para el ejemplo más cercano del mundo real.
La comparación del extintor de incendios me recuerda una escena en Gravity.
Oooh... ¡Siento un dispositivo que protagonizará la próxima película de A-Team! ¿O tal vez es más adecuado para Machete 3?
Acabo de recordar un ejemplo de ficción: los Orbital Drop Shock Troopers (de halo ODST). Lo mantengo en un comentario, porque no tiene base científica.
Buena primera respuesta, que muestra algo que está razonablemente cerca de un ejemplo de la vida real haciendo lo que el OP pregunta cómo hacer. Es posible que desee editar para aclarar que el sistema solo se consideró y nunca se usó en la práctica (Wikipedia afirma que se archivó a fines de la década de 1960, pero necesita más citas). Bienvenido al sitio!
Imagina el prestigio de haber sobrevivido a un reingreso de MOOSE. Serías como un gran panjandrum súper platino del club Caterpillar.
¿Por qué alguien no puede abrir un paracaídas en el borde del espacio donde la densidad del aire es muy baja? Habría suficiente aire para llenar el paracaídas, pero no tanto como para romper las cuerdas o sacudir al buzo. A medida que el buzo desciende, la densidad del aire aumenta y la resistencia que ofrece el paracaídas también aumenta gradualmente.
@Chloe También te estás moviendo a 6-8 km/s en relación con casi cualquier cosa relevante, incluido el aire. Además, se enfrentará a temperaturas muy altas debido a la compresión del aire en poco tiempo. Siéntete libre de diseñar un paracaídas que pueda llevar algo así; Estoy seguro de que a muchas personas que trabajan en misiones a Marte les encantaría saber de usted. Compare la entrada atmosférica de Marte , y tal vez refiera esto y esto .
@MichaelKjörling se desacelera por la velocidad orbital y el calentamiento por choque en el mismo problema. Es posible construir un sistema de entrada que minimice el calentamiento de choque. Sin embargo, el resultado es un sistema de entrada que se basa completamente en el litofrenado para reducir la velocidad. Los experimentos realizados por los banqueros de JP Morgan han demostrado que es poco probable que se sobreviva al litofrenado de 8 km/s.
@Quentin Ahora que lo menciona, me pregunto si los ODST realmente caen de la órbita. Nunca parecen preocuparse por contrarrestar su velocidad orbital, simplemente disparan hacia abajo.
@DaaaahWhoosh: los saltadores espaciales en el reinicio de Star Trek se lanzaron de la misma manera, ilustrados por su capacidad de seguir un cable utilizado por Narada para suspender su plataforma de perforación de lo que debe ser una órbita geosincrónica. Es un concepto erróneo común de la mecánica orbital en la ciencia ficción espacial, típicamente manipulado manualmente al tener una combinación de reservas de energía masivas y amortiguadores de inercia basados ​​en energía para reducir o eliminar los efectos de la aceleración/desaceleración ultra-alta G.
En realidad, en algún lugar de este sitio está mi respuesta que prueba que el extintor de incendios podría, tal vez, teóricamente, desorbitar a un hombre. Encontré recursos para eso entonces. No puedo encontrarlo ahora, pero creo que tienes razón en esto.

El primer y más importante problema es ¿cómo se va a desacelerar a la persona? Girar alrededor de la Tierra implica moverse a alta velocidad (a 7,8 kilómetros por segundo), y es necesario reducir parte de la velocidad si se dirige hacia la Tierra. Esto explica los cohetes, etc. que se utilizan actualmente.

Podría postular algo como un cañón de riel o un controlador de masa electromagnético, pero creo que ya puede ver el problema; una reducción dramática en la velocidad implicaría una aceleración increíble o un "cañón de pistola" improbablemente largo para mantener las fuerzas sobre la persona razonables. Otros medios de desaceleración como una correa electrodinámica o el "Rotovator" Morovec van a ser bastante masivos (esencialmente, la propia estación espacial), lo cual no viene al caso.

Suponiendo que el individuo se desacelere por debajo de la velocidad orbital, todavía tendrá problemas para volver a entrar en la atmósfera de la Tierra. A menos que hayan logrado de alguna manera llegar a velocidad cero (es decir, restar la velocidad total de 7,8 km/seg necesaria para permanecer en órbita), van a golpear la atmósfera a una velocidad considerable. El aire se comprimirá rápidamente frente a ellos debido a la velocidad (el efecto es el mismo que un pistón en un motor diesel que comprime el aire en el cilindro, solo que mucho más rápido y en mayor escala), por lo que el traje espacial, el paracaídas , etc. estarán sujetos a tensiones de temperatura increíbles, mucho más allá de lo que pueden soportar los materiales normales. (Los escudos térmicos de la mayoría de las naves espaciales se ablacionan para llevarse parte de la carga de calor; solo las tejas del transbordador espacial no hacen esto e incluso necesitaban ser reemplazadas regularmente).

Si bien supongo que hay algún tipo de handwavium para solucionar estos problemas, en realidad necesitarás encontrar una manera para que tu personaje sobreviva a los disparos de un cañón muchas veces más rápido que cualquier bala de rifle, luego golpea la atmósfera en varias "G". y estar sujeto a temperaturas increíbles, luego poder desplegar algún tipo de dispositivo de detención para reducir la velocidad y aterrizar.

En su lugar, haré que Scotty me transporte...

Como referencia, según mis cálculos (razonablemente aproximados), una desaceleración de 117 m/s sería suficiente para poner un objeto de la ISS en una órbita que contacte con la superficie de la Tierra. La buena noticia es que con un arma muy grande, pero no del todo irrazonable, esto podría hacerse con aceleraciones seguras. La mala noticia es que con esta órbita llegarás a la atmósfera moviéndose a más de 8000 m/s. La otra mala noticia es que habrás acelerado tu satélite, por lo que si necesita estar en una órbita en particular, tendrá que corregir con cohetes (y aplicar el mismo impulso que hubieras necesitado)
Exactamente el punto. Si todavía se está moviendo a muchos kilómetros por segundo cuando golpea la atmósfera de la Tierra, entonces se quemará rápidamente al volver a entrar. Si desea reducir la velocidad lo suficiente para evitar eso, tendrá que reducir la velocidad un poco más (y proporcionar más entradas a la estación espacial, algo que no mencioné en la respuesta inicial).
No creo que una respuesta a esta pregunta pueda estar completa sin hablar de MOOSE.
@MiloBrandt, la aceleración del satélite podría ser útil para estabilizar su órbita (actualmente, la ISS debe empujarse hacia arriba de vez en cuando).
@MiloBrandt Los 117 m/s para la altitud orbital de IIS suenan bien. Vea ¿Cómo podría un delta-v de 90 m/s ser suficiente para obligar al transbordador espacial a aterrizar? sobre exploración espacial . (Divulgación completa: es mi propia pregunta). Por supuesto, el transbordador espacial estaba bastante bien construido para el reingreso; Se necesitaría una modificación seria para poder hacer lo mismo con, digamos, básicamente solo un traje espacial.
Esto también tiene el problema de que al desacelerar al astronauta se acelera el conductor de masa. Necesitas tirar algo hacia el otro lado.
Los G máximos son en realidad mucho más bajos con una pequeña desaceleración y un descenso poco profundo: golpeas la atmósfera a una velocidad muy alta, pero golpeas una parte muy delgada de la atmósfera que no puede desacelerar o calentarte mucho. El arrastre de eso luego reduce su perigeo y también su velocidad. Si mata toda su velocidad orbital mientras aún está por encima de la atmósfera, se sumerge directamente en la atmósfera y se encuentra en la parte densa en poco tiempo. A medida que aumenta la densidad, su velocidad terminal disminuye rápidamente y la desaceleración se vuelve extrema.
Si tiene una superficie de elevación, entonces, con el reingreso poco profundo, puede controlar su velocidad de descenso para mantener su velocidad acorde con su altitud. Si tiene suficiente tiempo (oxígeno) y control de precisión, lo ideal probablemente sería un reingreso saltado .
El efecto de impulso en la estación espacial no es un problema: está experimentando resistencia de todos modos, el impulso que recibe al enviar a alguien a casa simplemente ahorra un poco de combustible de mantenimiento de la estación.

Ignorando los límites técnicos, ya bastante bien abordados anteriormente, hay otro aspecto importante, ¡la responsabilidad!

¿Qué sucede si un idiota se olvida de activar su paracaídas y sale disparado? qué sucede si alguien deja caer su equipaje, que se moverá a velocidades tan altas que, si no se quema en la atmósfera, será letal para cualquiera que golpee, y potencialmente muy dañino para los objetos que golpee también; sin mencionar lo que sucede si un terrorista deja caer intencionalmente su 'equipaje' en un tiempo planificado previamente para atacar algo. ¿Qué pasa si alguien se queda dormido en la caída (¡esto llevará horas como una caída de control!) y tuerce su paracaídas, etc.

En resumen, no se puede permitir que un laico sin formación sea responsable de su propio regreso a la tierra. Él podría equivocarse, y no importa cuán idiota sea, usted se vuelve responsable de lo que sea que haga. No solo su propia vida está en peligro si lo hace, sino también cualquiera debajo de él. Piensa en cuánto entrenamiento obtienes para el paracaidismo 'simple', ahora imagina un sistema que es 3 veces más complicado...

Como alternativa, pude ver que se usaba una cápsula de caída. El concepto es similar a la idea del paracaidismo, pero con toda la cápsula de descenso haciendo el 'paracaidismo' por ti. Todo el mundo entra en una cápsula y se deja caer en la órbita terrestre. Maneja la desaceleración, la eyección del paracaídas, etc. También almacena todo el equipaje que usan las personas que desean regresar a la tierra y cronometra su caída y desaceleración para 'aterrizar' en partes del mundo planificadas previamente. Por supuesto, esto es bastante similar a cómo ya funcionan los transbordadores, la única diferencia real sería hacer que la cápsula de descenso sea mucho más pequeña/ligera (para que se pueda volver a subir ).a la estación espacial antes de la caída), probablemente con las cápsulas de alguna manera plegándose o incluso siendo enviadas 'desarmadas' para facilitar el transporte hasta la estación. y con un mayor enfoque en métodos de desaceleración más baratos. Suena mucho menos emocionante que el paracaidismo orbital, pero en realidad es la misma idea hecha de una manera segura para el profano sin entrenamiento.

Por supuesto, aún podría hacer que el paracaidismo orbital sin una cápsula sea una técnica de evacuación, o el siguiente paso para el paracaidismo para un buscador de emociones... con los límites de la ciencia mencionados en otras preguntas.

+1 para el ejemplo de la cápsula desplegable. De hecho, varias películas de ciencia ficción ya usan esto, sobre todo Star Wars en el Episodio IV.
Los drop pods no son una buena solución. En la ciencia ficción que realmente explica la tecnología, las cápsulas de lanzamiento se emplean ligeramente dentro de la atmósfera. El problema, como cualquier otra cosa que ingresa a la atmósfera, es que necesita reducir la velocidad, sobrevivir a las temperaturas y luego aterrizar. En ese momento, este "pod" no es más que un transbordador, excepto que tendrá muchas dificultades para volver a subirlo para el próximo pasajero.
¿En qué se diferencia el tema de la responsabilidad de la responsabilidad en un paracaidismo normal? Eso ya sucede a escala mundial, con todos los problemas de responsabilidad resueltos.
@peter, el peligro para el buzo es significativamente mayor con muchas más cosas que podrían salir mal, y lo que es más importante, solo aquellos capacitados y certificados pueden bucear solos, mientras que este ejemplo sugería dejar que los legos sin certificación buceen.
La secuencia de apertura de Starship Troopers (la novela) destaca la idea de la cápsula de desembarco. Un problema potencial es la cantidad de "chaff" que se desecha durante el descenso.

Debo oponerme a los requisitos del problema.

Dado el nivel tecnológico, no veo ninguna razón para requerir el control manual de nada y todas las razones para pensar que es una mala idea.

Dado que, sí, se puede hacer. Hay dos cuestiones importantes: la salida de órbita y el calentamiento de reentrada.

Primero, sacar de órbita: las publicaciones anteriores han intentado solucionar esto con un dispositivo tipo pistola que es problemático debido a la longitud del cañón. Esto es ir al revés, un arma es absolutamente la respuesta incorrecta. No los empuje, sáquelos: su pasajero está atado a un anillo que luego se despliega fuera (pero aún unido a) la estación. Cuando está en posición, el pasajero es expulsado progradea baja velocidad. Todavía están atados por al menos tres cables, probablemente más por razones de seguridad. El pasajero se desplaza hacia adelante tanto como sea necesario, los cables se van desplegando a medida que avanza. Cuando ha alcanzado la distancia requerida, se les da cuerda rápidamente. En lugar de un barril que debe soportar la fuerza de compresión, tiene cables simples que solo deben soportar la fuerza de tensión: mucho más livianos, pueden ser mucho más largos que el tamaño de la estación, incluso un pasajero puede ser desorbitado desde altitudes superiores a la ISS. Cuando los cables están completamente rebobinados a medida que el pasajero pasa por el punto de partida, se desconectan y están listos para conectarse al siguiente pasajero.

Segundo, reingreso: este es el más difícil de manejar ya que la inmersión en el fuego es muy, muy caliente. Manejaría esto haciendo un plato barato de material espumoso (la escoria de refinería de la minería lunar es un candidato probable). Si bien ese plato no será un escudo térmico tan bueno como el que construye la NASA, no estamos tan limitados en peso cuando se trata de cosas construidas en el espacio. El escudo tampoco se va a reutilizar, por lo que puede ser un diseño ablativo simple en lugar de las cosas sofisticadas que la NASA puso en el transbordador.

Durante el viaje a través del fuego, el pasajero está atado a este plato para asegurarse de que su peso no se desplace. Se extiende lo suficiente alrededor de ellos para mantener el centro de masa por delante del centro de presión para que sea estable sin controles de vuelo. La parte posterior está cubierta por una capa delgada de material espumado con una capa reflectante en la parte superior; todo lo que necesita hacer es disminuir la entrada del calor, el escudo se desecha antes de que el calor se cueza.

En el punto correcto, las cargas pirotécnicas (¡el único equipo en el escudo!) liberan al pasajero del escudo. Haces esto mientras todavía queda algo de velocidad horizontal para que el escudo de gasto diverja del pasajero y no lo golpee en la cabeza cuando se desplieguen sus paracaídas.

Podrías usar un Momentum Exchange Tether . Vi este concepto por primera vez en la novela de Neal Stephenson, Seveneves . El concepto es que al estar en el extremo de la cuerda giratoria, se desacelera con respecto a la superficie de la Tierra mientras que el otro extremo se acelera. En el punto más bajo, te desconectas y simplemente te caes, ya que ahora tienes una velocidad horizontal casi nula. La desaceleración es (potencialmente) agradable y lenta.

Además del calor extremo experimentado, el reingreso también requiere estabilidad aerodinámica. Los 8-9 g experimentados durante la porción máxima de frenado del reingreso de los astronautas indican una cantidad sustancial de presión aplicada; si esa presión no se aplica de manera uniforme, la persona girará como un loco, más que suficiente para matarlos.

Una cosa es entrar en cuclillas para la estabilidad bajo el 1g de una caída libre en la atmósfera inferior. Probablemente sea imposible mantener el control de una forma humana cuando la fuerza de frenado aerodinámico es 8-9 veces mayor. Por lo tanto, el escudo térmico romo no solo aísla, sino que proporciona una plataforma que puede desacelerar de manera estable.

Por lo tanto, podría pensar en la línea de una 'mini cápsula', un escudo térmico romo en el que se sienta la persona para proporcionar también la estabilidad aerodinámica requerida encima del escudo térmico, con paneles laterales para protegerlos de los gases ionizados sobrecalentados que pasan durante el porción máxima G de reingreso. Tal vez algunos chorros de reacción para rotar la nave para dirigirla... tanto Gemini como Apollo tenían un sesgo de peso descentrado, por lo que rotar la nave durante el reingreso haría que la trayectoria horizontal cambiara ligeramente.

Una persona no saldrá de órbita (y sobrevivirá al viaje) con solo un traje. Incluso si se desarrollara un traje que pudiera aislarlos del calor extremo, una persona moriría por las fuerzas extremas de un giro u otros giros que resultan del frenado aerodinámico desigual.

Paracaidismo... Desde una estación espacial
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