¿Puede la vela solar modificada usar la atmósfera de la Tierra para corregir una órbita excéntrica?

Aparentemente, esta pregunta fue editada mientras la respondía. A la pregunta "¿Se puede generar sustentación?": en una palabra, no. Por dos razones principales.

Primero, la sustentación tal como la conocemos, y codificada en la ecuación de sustentación clásica , se genera en un gas de colisión , es decir, la distancia promedio entre las colisiones moleculares (" camino libre medio ") es mucho menor que las dimensiones del objeto que genera la sustentación. . Esto no es cierto en altitudes orbitales. (Consulte la discusión en la respuesta de David Hammen a "¿Por qué los satélites LEO no tienen una forma aerodinámica?") Debido a la ausencia de colisiones moleculares, las moléculas que viajan "sobre" el "ala" no pueden desviarse para seguir el contorno del ala como sugeriría el enfoque tradicional de Navier-Stokes para el flujo. Por lo tanto, no se puede usar la ecuación de elevación clásica.

Con el mecanismo de sustentación clásico invalidado, la única otra fuente potencial de sustentación es la desviación molecular, donde las moléculas entrantes chocan con la superficie del objeto y reflejan ("rebotan") esa superficie de una manera casi especular, lo que resulta en un impulso neto. intercambio que produce una fuerza. Pero para obtener esa fuerza se necesita la reflexión cuasi-especular, al menos hasta cierto punto, y esto está ligado al "Coeficiente de Acomodación" que ha estado en la literatura teórica y de laboratorio desde la década de 1930, y en las pruebas en el espacio desde la década de 1960. . Obra de Kenneth y Mildred Moeindican que las mediciones del coeficiente de acomodación son consistentes con trayectorias moleculares posteriores a la colisión completamente difusas y de baja velocidad, lo que sugiere que una gran fracción de las moléculas se adsorbe en la superficie y luego se vuelven a emitir: no hay reflexión especular, por lo que no hay fuerza de deflexión.

Dicho esto, puede obtener algún componente de fuerza de la reemisión. Pero las velocidades de reemisión son las velocidades térmicas para la temperatura de la superficie, y son mucho más lentas que la velocidad orbital. Entonces, la fuerza derivada de la reemisión es mucho menor que la fuerza de arrastre, y L/D es tan pequeña que no tiene valor.

Por cierto, la investigación sobre la resistencia atmosférica en órbita citada anteriormente indica que en una órbita terrestre muy baja existe cierta variación en el coeficiente de resistencia (y, por lo tanto, el coeficiente de acomodación) con la forma del vehículo, pero por encima de eso parece ser independiente de la forma del vehículo. . Así que no importaría mucho si las velas solares fueran de película delgada o rígidas.

La pregunta recién editada dice: "Cuando se usa una vela solar para crear empuje mientras se está en órbita alrededor de la Tierra, la órbita gana excentricidad. Cuando la órbita se vuelve excéntrica, la órbita se acerca a la atmósfera". Si el eje semimayor a de la órbita permanece fijo, entonces el aumento de la excentricidad reduce el radio del periapsis.

Pero la aplicación de una componente de fuerza en la dirección del vector velocidad funcionará para aumentar a . La fuerza aplicada en el apoapsis trabajará contra el arrastre para aumentar el radio del periapsis. El arrastre allí es extremadamente pequeño, por lo que para evitar que aumente el radio del periápside, la orientación de la vela solar debería manejarse con cuidado para mantener pequeñas las fuerzas resultantes, tanto a lo largo del vector de velocidad como perpendicular a él. Las fuerzas aplicadas en el periápside a lo largo del vector de velocidad aumentan o disminuyen el apoápsis: las fuerzas antiparalelas, como el arrastre, reducen el apoápsis, mientras que las fuerzas paralelas, como las de una vela solar correctamente orientada, elevan el apoápsis. Dado que la resistencia es más alta en el periapsis, mantener el radio del apoapsis es donde la vela solar sería más útil.

El requisito de mantener el radio de apoapsis impulsa el tamaño de la vela solar necesaria para superar la resistencia del periapsis. Esta es la razón por la que en apoapsis la orientación de la vela debe manejarse con cuidado. La vela es capaz de producir fuerzas mucho mayores que las necesarias para el mantenimiento del radio periapsis. El manejo incompetente de la orientación de la vela podría causar grandes cambios en ese radio periapsis. Si ese cambio es a la baja, esto podría ser un problema.