Si dejo caer una pluma desde la órbita, ¿se quemaría o "golpearía" el suelo?

Sé que las cápsulas normalmente requieren escudos térmicos para sobrevivir al reingreso desde la órbita. Me pregunto cómo afecta esto el tamaño, la densidad y el perfil aerodinámico de un objeto.

Para más especificidad:

  • La pluma sería la pluma de la cola de una paloma adulta.
  • La órbita sería la de la ISS a +-7,6 km/s
  • Por "caer", me refiero a tirar hacia abajo hacia la tierra a 5 m/s para que salga de órbita en un período de tiempo razonable
¿Una paloma africana o europea?
@MarkAdler No estoy seguro de si realmente estás preguntando en serio, pero digamos una paloma torcaz común con plumas de cola de 14 cm
Una paloma de madera ciertamente se quemaría.
Tu premisa de que lanzarlo hacia abajo a 5 m/s es errónea. De hecho, sería bastante difícil hacerlo volver a entrar en un tiempo razonable, aunque eventualmente sucedería...
@MarkAdler La referencia es en realidad a una golondrina africana o europea , que tuve que decir solo para nerd.
Me alegro de que al menos alguien entendiera la referencia.
Si intentara "lanzarlo hacia abajo", simplemente aumentaría la excentricidad de la órbita. Dado que el "impulso" de 5 m/s es hacia abajo (y, por lo tanto, perpendicular a la dirección del movimiento), el impulso no cambia la cantidad de energía en la pluma.
¿Cuántas plumas de paloma tendrías que expulsar a 5 metros por segundo desde la estación espacial cada minuto para compensar su arrastre en la atmósfera? ¿Esto contaría como "volar"?
Nota para @Aron: Una perpendicular Δ V cambia la energía, pero mucho menos que un paralelo Δ V . Este último cambia la energía por un factor de 1 ± Δ V V , mientras que el primero lo cambia por un factor de 1 + ( Δ V V ) 2 .
@MarkAdler efectos de segundo orden donde, dV << V.
sabemos dE = F . dx_ Entonces, ¿cómo cambia el impulso E? Primero necesita cambiar la dirección de dx. Efectos de segundo orden
golondrina descargada
@LocalFluff: ¿Quizás una paloma de arcilla lo haría mejor?
Verdadera y genuinamente propongo que la NASA realice este experimento con fines educativos. Sería fascinante. El costo de poner la masa en órbita no sería exorbitante, y un astronauta simplemente podría liberarla de la manera más suave posible en su próxima caminata espacial. ¿Ciertamente alguien aquí tiene un contacto de la NASA que puede hacer que esto suceda? :)

Respuestas (1)

Lanzarlo a 5 m/s no hará básicamente nada. Eso simplemente hará que avance un poco en su órbita. Para desorbitar, debes lanzarlo hacia atrás, no hacia abajo. Sin embargo, en este caso, dado que la pluma tiene un coeficiente balístico tan bajo, saldrá rápidamente de la altitud de la ISS por sí sola, sin que tengas que hacer nada. Solo espera un poco.

Dada una pluma de 10 cm con una masa de 0,05 g, miré dos casos destinados a acotar las posibilidades. El primer caso es que la pluma se recorta a una actitud de frente, con el menor coeficiente balístico posible. Vuelve a entrar desde la altitud de la ISS en menos de tres horas. La deceleración máxima es de unos 10 G a 100 km de altitud. Mi estimación de calentamiento es altamente sospechosa (estoy aplicando una fórmula de cuerpo romo con un radio de nariz basado en el tamaño de las características de las plumas), pero mi estimación aproximada es 30 W / C metro 2 , que es bastante para material orgánico. La pluma ya no parecería una pluma.

Sin embargo, no está claro cómo mantendría esa actitud. Lo más probable sería un recorte con la parte más pesada de la raíz de la pluma hacia adelante. Para eso usé alrededor de 1/40 del anterior C D A , medido a partir de una pluma de buitre. (Aunque en los números de Reynolds completamente equivocados, pero bueno, esto es solo por diversión). Luego entiendo que decae de la órbita de la ISS en menos de cuatro días, con una desaceleración máxima de 8 G a unos 80 km de altitud. La calefacción es mucho peor, en 200 W / C metro 2 . Esa es una tasa de calor típica de entrada a Marte. La pluma se habría ido.

En todo caso, sospecho que mi elección de enfoque y parámetros subestima el calentamiento. Así que mi conclusión es que, por desgracia, la pluma se quemará. Y tenía tantas esperanzas puestas en la pluma.

Tenga en cuenta que la pregunta relacionada ahora proporciona una respuesta con una masa.
Como referencia, la respuesta cita 0,05 g para una pluma de 10 cm.
Según este PDF, un "estudio aerodinámico sobre ocho alas de pájaro y una sola pluma en un túnel de viento". está documentado aquí: Withers, P., An Aerodynamic Analysis of Bird Wings as Fixed Airfoils, Journal of Experimental Biology, 90, 143 - 162 (1981) no estoy seguro de si eso lo arrastrará o no, pero es un lugar para comenzar.
¿Por qué la pluma sufriría una desaceleración extrema? La pluma inicialmente encontraría aire muy delgado, presumiblemente produciendo solo una leve desaceleración; a medida que desciende, ¿no se construiría la fuerza solo gradualmente? Pero... independientemente de la fuerza de desaceleración sobre toda la pluma, las moléculas de la atmósfera golpearían la pluma a velocidad orbital. ¿No correspondería eso a temperaturas muy altas?
En general, a medida que el coeficiente balístico disminuye, la aceleración máxima aumenta y la tasa de calor máxima disminuye.
@AnthonyX: intuición muy aproximada, la alta desaceleración se debe a que a la velocidad orbital no se tarda mucho en viajar desde una región de la atmósfera con una velocidad terminal alta a una región de la atmósfera con una velocidad terminal mucho más baja ;-)
¿Sería el decaimiento reciente de LightSail una buena aproximación de cómo se comporta una pluma en órbita baja, en cuanto al decaimiento? Me parece que ellos (pluma y una vela solar de LightSail desplegada en un 90-95 %) deberían tener características bastante similares C D y A / metro , si una propiedad de geometría y materiales completamente diferente.