¿Por qué el cohete chino Gran Marcha 5B no puede seguir girando alrededor de la Tierra sin volver a entrar?

Se espera que la parte fuera de control del cohete chino Gran Marcha 5B vuelva a entrar en la atmósfera terrestre y se estrelle contra la Tierra en unas pocas horas. (Hoy es 8 de mayo de 2021) En este momento, gira alrededor de la tierra en una órbita elíptica y completa una revolución en 90 minutos. Desde el 29 de abril de 2021 ha dado más de 100 vueltas alrededor de la Tierra y el tamaño de la órbita es cada vez más pequeño.

¿Por qué este cohete no puede seguir girando alrededor de la tierra hasta que se queme por completo en la atmósfera o golpee los rascacielos (en un camino paralelo a la superficie de la tierra y no perpendicular a ella, por así decirlo)? ¿Qué leyes de la física provocarían su reingreso a la atmósfera? Está perdiendo altura, pero ¿qué le impide perder altura de forma gradual y continua (sin un cambio repentino en su camino)? Ya está experimentando la atracción gravitacional de la tierra, pero ¿qué se supone que causa su caída 'repentina' hacia la tierra y se estrella contra la tierra?

Mashup, una respuesta muy simple es, es posible que no se dé cuenta de que los restos del cohete no están alimentados en absoluto. Es así de simple.. va cayendo poco a poco. Como saben, cosas como los satélites de comunicaciones pueden simplemente "seguir dando vueltas", pero están mucho más lejos.

Respuestas (2)

Está describiendo algo llamado decaimiento orbital , que se entiende bien. Estos son los conceptos básicos, que ahora incluyen más detalles:

Con el aumento de la altura, la atmósfera terrestre se desvanece gradualmente y se convierte en vacío. Por lo tanto, los objetos en órbita terrestre baja estarán sujetos a una pequeña cantidad de frenado por fricción debido a la pequeña cantidad de moléculas de gas que encuentran. Esto los hace disminuir un poco la velocidad en respuesta, y eso hace que se asienten en una órbita que está un poco más cerca de la Tierra.

Cuanto más cerca está una órbita de la Tierra, más rápido tiene que moverse el objeto en órbita para permanecer en órbita, por lo que a medida que la fricción le quita energía cinética al objeto, se hunde en una órbita más baja y acelera, encuentra aire más denso, más fricción, más arrastre, órbita más baja, acelera, etc., etc.

Este proceso se retroalimenta hasta que el objeto ya no va lo suficientemente rápido como para permanecer en órbita y su camino comienza a inclinarse hacia abajo a medida que cae. La fricción con el aire y la formación de una onda de choque súper caliente justo en frente de él, lo calientan y se ablanda, se derrite y (generalmente) se desintegra, y las piezas más pequeñas se queman antes de que lleguen hasta el final. la atmósfera. Las piezas más grandes a veces pueden llegar hasta el fondo para golpear la superficie de la tierra.

Es un poco más fuerte que eso. La fricción no hace que la velocidad orbital disminuya, sino que hace que la órbita se acelere. Esto se debe a que la fricción localmente reduce la velocidad del satélite, pero esto solo lo hace entrar en una órbita más baja, lo que convierte la energía potencial en energía cinética y hace que aumente la velocidad. (es decir, la fricción disminuye la energía total, pero no la energía cinética). Esto es lo que realmente impulsa el circuito de retroalimentación exponencial que hace que el evento de desorbitarse sea tan repentino.
editará. -Niels
La edición es una gran mejora. Como una observación similar: "hasta que el objeto ya no vaya lo suficientemente rápido como para permanecer en órbita", eso es cierto (el objeto es demasiado lento para orbitar a esa altitud ), pero también va más rápido que en cualquier momento antes. La mecánica orbital es simplemente rara de esa manera =).
Creo que estás equivocado acerca de que los objetos caen directamente hacia abajo a una velocidad tremenda. Los objetos vuelven a entrar casi horizontalmente, el calor de la fricción del aire los frena. Si no se rompen en pedazos (es probable que se rompa cualquier cosa que no esté diseñada específicamente para el reingreso), esto continúa hasta que golpean el suelo con una velocidad horizontal significativa o se ralentizan hasta que la velocidad horizontal es cercana a cero. En ese punto, caen directamente hacia abajo a velocidad terminal, que no es tan rápida.
Por ejemplo, aquí hay una imagen de un meteorito que cae en su fase de "vuelo oscuro", capturada por un paracaidista noruego: universetoday.com/110963/… Y, por supuesto, mirar los perfiles de reentrada de las cápsulas espaciales mostrará el mismo comportamiento.
@ Vikki-anteriormente Sean, aunque es probable, el análisis dice que también sería consistente con un meteorito: elige la explicación del guijarro porque es mucho, mucho más probable, y la navaja de Occam. Pero en el contexto de este comentario aquí, lo que importa es: si hubiera sido un meteoro real, se habría visto exactamente así. Lo cual es consistente con el punto de jamesqf.
@Vikki - anteriormente Sean: Parece bastante grande para ser contado como un "guijarro", ¿no? No estoy seguro de que se pueda perder algo de ese tamaño al empacar, aunque si lo fuera, ¡ciertamente no voy a dejar que ese tipo empaque mi paracaídas! Y no veo si alguien investigó el sitio de empaque, para ver si allí se encuentran guijarros similares...
@jamesqf: No realmente; cuando observa la escala de algunos de los elementos del equipo visibles alrededor de los bordes del marco, parece que el guijarro podría ser bastante pequeño en comparación.
@Vikki - anteriormente Sean: A mí me parece algo del tamaño de una pelota de béisbol, aunque no se me ocurre ninguna forma de saberlo con seguridad.

La fuerza de la gravedad hace que vuelva a entrar en la tierra ya que no tenía las condiciones esenciales para estar en órbita, como los satélites. De hecho, para cada órbita con un cierto radio ( r ), hay una cierta velocidad ( v ) para que el objeto permanezca en la órbita,

v = GRAMO METRO r ,
dónde METRO es la masa de la tierra y GRAMO es la constante gravitacional . Vea esta figura de WikiPedia :

ingrese la descripción de la imagen aquí

Cualquier desviación de esta velocidad interrumpirá el movimiento orbital y el objeto saldrá de la órbita (el objeto entra en una órbita con un radio más pequeño/más grande o incluso podría caer en la Tierra o incluso podría escapar de la influencia gravitatoria de la Tierra). ). Por lo tanto, debe haber un equilibrio preciso entre la velocidad y el radio orbital. El cohete chino no tenía tales condiciones porque estaba fuera de control. Finalmente ha caído a la Tierra sobre el Océano Índico. .

Cuando ingresa a la atmósfera terrestre, la velocidad del cohete en ambas direcciones, horizontal y vertical, se reduce debido a la fuerza de resistencia del aire (colisión con moléculas de aire). Por otro lado, debido a la gravedad de la tierra, siempre se aplica al cohete una fuerza hacia abajo. Como resultado, la velocidad horizontal del cohete disminuye constantemente mientras que su velocidad vertical (hacia abajo) aumenta constantemente. En resumen:

Antes de entrar en la atmósfera terrestre:

v X = C o norte s t a norte t , v y = gramo t + v y 0

Después de entrar en la atmósfera terrestre:

v X = i s d mi C r mi a s i norte gramo , v y ′ = gramo t + v y 0 ′

(La dirección hacia abajo se considera positiva).

La disminución constante de la velocidad horizontal hace que el cohete se desplace cada vez menos horizontalmente con el tiempo. Esto significa que su trayectoria se vuelve cada vez más vertical. Esta situación se ilustra en la siguiente figura.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Tenga en cuenta que las escalas de esta pintura no son realistas.

POR CIERTO, v = GRAMO METRO r solo es válido para órbitas perfectamente circulares. Para una órbita elíptica, podemos usar la ecuación de vis viva , v 2 = GRAMO METRO ( 2 r − 1 a ) , dónde a es el radio medio de la órbita (es decir, la media de los radios mínimo y máximo). Por supuesto, ambas ecuaciones ignoran la resistencia atmosférica.
@PM2Ring, Gracias por tu comentario. Lo sé, una órbita circular es por simplicidad y, por supuesto, es válida para los satélites terrestres con una buena aproximación. En ese enlace de WikiPedia en mi respuesta, se han resumido diferentes tipos de movimientos orbitales. Por cierto, la conclusión general, que es importante aquí, es correcta para ambos casos.
¿Por qué el cohete chino Gran Marcha 5B no puede seguir girando alrededor de la Tierra sin volver a entrar?
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