¿Podría un femtosat/chipsat lo suficientemente pequeño sobrevivir al reingreso sin un escudo térmico?

¿Sería posible diseñar un satélite diminuto, como un femtosatélite o un chipsat, con tal forma y coeficiente balístico que sobreviviera al reingreso sin un escudo térmico? Un poco como esta pregunta emplumada excepto que nuestro chipsat no estaría hecho del mismo material. Algo de lo contrario de esta pregunta .

Supongo que te refieres al reingreso a la órbita de la Tierra desde LEO. El truco consiste en encontrar una forma de disipar de forma no destructiva 30 julios de energía cinética por cada miligramo de masa.
@uhoh, lo hago. No estoy seguro de cómo podría volver a entrar desde una órbita más alta, ya que no habría ningún arrastre, a menos que sea una órbita elíptica alta.
La temperatura de un gas es una medida de la energía cinética promedio de sus moléculas. Esto implica que la diferencia de velocidad entre el objeto que sale de órbita y la atmósfera ambiental (o la velocidad inicial de la corriente de aire hipersónica) se puede correlacionar con una temperatura. El femtosatélite tendría que ser capaz de soportar esa temperatura para poder sobrevivir al reingreso.
Supongo que estás familiarizado con las estrellas fugaces :)
Los meteoritos pequeños no sobreviven a la entrada en la atmósfera, los más grandes sí, al menos parcialmente. La relación entre la superficie y el volumen está empeorando para las partículas más pequeñas, por lo tanto, un satélite debe ser lo suficientemente grande como para sobrevivir a una reentrada, al menos parcialmente.
@Uwe Eso suena como una respuesta. Debo haber estado confundido por las partículas de polvo que a veces sobreviven.
Sin embargo, los meteoritos @Uwe generalmente tienen velocidades increíbles, AFAIK, generalmente mucho más altas que LEO
Casi todos los meteoritos llegan a la atmósfera desde fuera del sistema de la Tierra, en trayectorias que los llevan inmediatamente a las profundidades de la atmósfera. No importa tanto cuántos Joules tienes que disipar, como cuántos Watts. Por lo tanto, la escala de tiempo de reingreso es esencial: coloque el chipsat en una trayectoria que pierda altitud con la suficiente lentitud y estará bien.
@SF. Eso suena interesante, ¿podría dar más detalles sobre eso, tal vez en una respuesta?
@gerrit: Problema: esa no es una trayectoria de caída libre/orbital/suborbital. Su picosatélite, para sobrevivir sin un escudo térmico sólido y grueso, necesitaría tener alas muy livianas. A velocidades cercanas a la órbita, necesita muy poca sustentación, y la velocidad extrema puede brindar una gran sustentación, incluso con una presión de aire muy baja. De esa manera, puede descender desde altitudes LEO durante mucho tiempo, disipando el calor lentamente a través de la radiación y manteniendo en equilibrio la sustentación, la resistencia, la presión, el calentamiento y el enfriamiento. Pero la escala de tiempo de tal trayectoria de descenso es de semanas .
@SF. Genial, ¡así que el satélite se convierte lentamente en un planeador! Sin embargo, eso encaja dentro de mi pregunta. No tenía el requisito de que nuestro chipsat cayera verticalmente hacia abajo. Me pregunto si las turbulencias no destrozarían esas alas antes de que seamos lo suficientemente lentos como para no necesitarlas más, aunque afortunadamente no hay muchas turbulencias en las alturas. Mmm.
@gerrit: o es un planeador o un ladrillo de ablator y blindaje térmico, uno de los dos. Si considera que cae verticalmente hacia abajo, desde la altitud LEO, sin moverse "hacia los lados" en relación con la superficie de la Tierra, la situación es mucho mejor ya que no tiene tanta velocidad que perder. Un pequeño paracaídas debería ser todo lo que necesita. Pero, ¿cómo llegaría a esa situación en primer lugar?

Respuestas (2)

Un nanosat correctamente preparado (protegido) podría sobrevivir al reingreso.

Un satélite de la escala de cubesat alrededor de la Línea Kármán experimentaría alrededor de 1 kilovatio de calentamiento. Esto no es lo que un sistema electrónico cubesat puede sobrevivir, pero esto es algo que una capa de aerogel puede evitar que se conduzca, una lámina recubierta de espejo que se irradie y unos pocos centímetros de luz ablator para disipar durante un par de minutos. Entonces, si empaqueta su femtosat de, digamos, 10 cm ^ 3 en un factor de forma cubesat (1000 cm ^ 3) de protección térmica liviana, debería sobrevivir bien.

Ubicarlo en el suelo después de la reentrada es un asunto completamente diferente...

¿Qué pasa con la madera de balsa? Supongo que cuatro centímetros a cada lado deberían ser suficientes.
@Uwe: No sé, pero creo que la cohesión es importante; el ablador debe ablacionar, no desgarrarse. TLA es un ablador a base de madera de corcho, muy ligero y probablemente más duradero mecánicamente que la madera de balsa. Las piezas de madera de balsa que tenía en mis manos, literalmente podías molerlas/aplastarlas con tus dedos.
El blindaje no es necesario solarsystem.nasa.gov/docs/p390.pdf

Creo que es una pregunta interesante. La forma en que lo veo es que su satélite permanece en órbita debido a su alta velocidad, pero también se quema debido a su alta velocidad. Si puede hacer que viaje lo suficientemente lento para cuando llegue a la atmósfera, debería poder usar la resistencia atmosférica sin quemarse. Por lo tanto, necesitaría una forma de reducir la velocidad entre la altura y la velocidad de la órbita y la atmósfera.

Creo que podría ser interesante hacer los cálculos para tratar de reducir la velocidad de un chipsat mediante el uso de una colección de ataduras que utilizan el arrastre generado por la corriente inducida geomagnéticamente, por lo que se utiliza el campo magnético de la tierra para reducir la velocidad antes de llegar a la atmósfera. Pero no sabría por dónde empezar a ejecutar ese tipo de cálculos.

Esa no es una respuesta, sino una nueva pregunta. Siéntase libre de crear una nueva pregunta para esto.
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