¿Puede un satélite artificial permanecer en órbita para siempre?

Si un satélite artificial está en órbita alrededor de la Tierra, choca con polvo y gas y pierde una cantidad muy pequeña de energía cinética en estas colisiones, y eventualmente caerá en espiral hacia la Tierra.

¿Sería posible utilizar la energía solar para mantener el satélite en órbita para siempre*?

*mientras el sol esté ardiendo, así que "siempre"="alrededor de 5 mil millones de años"

¿Cómo usarías la energía solar?
La respuesta simple es no. Las cosas suceden en el espacio. Cosas malas. Los vehículos se quedan sin combustible, sus paneles solares fallan, sus computadoras fallan. Incluso un satélite con velas solares: esos también fallarán (junto con el sistema informático para controlar la nave espacial). Una vez que un satélite muere, se convierte en un divertido juguete con el que la Luna y el Sol pueden divertirse un poco, al menos por un rato.
Eventualmente, incluso una estrella se quema...
Espera, incluso la órbita de nuestra Luna se está deteriorando, ¿verdad? (Creo que TAMBIÉN está siendo "empujado" por las fuerzas de las mareas, ¿es así?)
@JoeBlow: En realidad, la órbita de la Luna está creciendo, la Luna acelera y se dirige hacia el escape. Un efecto de marea muy interesante es el responsable de ello.
Potencialmente, un satélite inteligente (piense en la IA mucho más allá de lo que tenemos hoy) podría mantenerse en órbita durante tanto tiempo, suponiendo que sus mecanismos de autocorrección pudieran evitar la corrupción durante ese período de tiempo, y suponiendo que pudiera continuar autocontrolándose. -reparar. Pero una vez que tomas la pregunta en esa dirección, se vuelve demasiado especulativa. La respuesta de HDE es la mejor que puede obtener con nuestro conocimiento actual. Debo enfatizar: esto está completamente más allá de cualquier cosa que sepamos hacer hoy. Si es posible, no estamos ni remotamente cerca de saber cómo. Ni siquiera estamos seguros de cómo hacer una sonda de 100 años.
Por cierto, un satélite completamente pasivo (como los satélites objetivo de calibración de radar) podría permanecer en órbita terrestre durante miles de años fácilmente. Millions se vuelve complicado, debido tanto a las perturbaciones de los asteroides que pasan como al daño causado por los meteoritos, cosas que aún son poco probables en una escala de tiempo de mil años, se vuelven casi inevitables en una escala de tiempo de un millón de años.

Respuestas (6)

La respuesta es un rotundo 'no'. No hay forma de que un satélite pueda permanecer en órbita indefinidamente. Todavía no estoy seguro de lo que quiere decir con "energía solar", pero eso no funcionará para siempre. Todo falla, a su debido tiempo. Cualquier mecanismo a bordo eventualmente se romperá y, con el tiempo, el satélite se estrellará contra la Tierra. La única forma de evitar esto sería darle al satélite un impulso orbital y/o repararlo, pero eso es (en mi opinión) una escapatoria barata. El satélite no sería autosuficiente.

Para agregar lo que David Hammen y TildalWave me estaban enseñando: el satélite podría ser expulsado de la órbita por perturbaciones de otro cuerpo y enviado a un lugar completamente diferente, y luego potencialmente ser recapturado por otro cuerpo celeste. Luego, las fuerzas de la descomposición orbital volverán a atacarlo (y como diría TildalWave) hasta la saciedad.

Los satélites no necesariamente se estrellarán contra la Tierra. Sospecho que varias de las naves espaciales en órbita geosincrónica eventualmente serán expulsadas del sistema Tierra-Luna.
@DavidHammen Podría intentar agregar eso. ¿Qué procesos causarían tal eyección?
Hay todo tipo de cosas que cambian las órbitas de los satélites. Perturbaciones de la Luna, el Sol y el campo de gravedad no esférico de la Tierra. Perturbaciones de marea. La presión de radiación y su primo, el efecto Yarkovsky. El mecanismo Kozai. Estos pueden cambiar la forma de la órbita, la orientación de la órbita e incluso el tamaño de la órbita. Como dije en otro comentario, una vez que un satélite pierde la capacidad de controlar su estado, se convierte en un juguete divertido para jugar. Es decir, hasta que choca contra la Tierra, la Luna o es expulsado.
Y si es expulsado, estará en una órbita heliocéntrica similar a la del sistema Tierra-Luna y luego puede ser recapturado, expulsado nuevamente, hasta la saciedad. De esta dinámica pueden surgir algunas órbitas divertidas, por ejemplo, órbitas de herradura entre los puntos de Lagrange L3 a L5, órbitas de renacuajo entre cualquiera de estos puntos y la Tierra-Luna, alrededor de los puntos de Lagrange, ... o cualquier otra aún más extraña, caótica, no- órbitas resonantes. Y dado un conjunto de circunstancias extraordinariamente afortunadas, en la versión de la mecánica orbital del teorema del mono infinito, podría incluso ser expulsado del sistema solar y superar a la Voyager 1. :)
@TildalWave "hasta la saciedad"? Me encanta. ¿Pero adelantar a la Voyager 1? Eso tendría que involucrar una gran honda gravitacional.
@DavidHammen Agregué algo de lo que dijiste.
@ HDE226868 Sí, una honda final increíble después de muchas más antes en un ping pong ascendente del afelio, que posiblemente involucre a más de dos astros celestiales masivos, uno de los cuales probablemente sea el Sol y el satélite en una trayectoria cercana. Posibilidades infinitesimalmente pequeñas de que eso suceda alguna vez, de ahí la referencia al teorema del mono infinito, pero no exactamente imposible. Pero los instrumentos del satélite no sobrevivirían. Los Voyagers no podían permitirse ese lujo durante su misión Grand Tour.
@TildalWave Me encantaría hacer una simulación de eso algún día.
Pregunta de seguimiento: ¿podría un ascensor espacial permanecer arriba para siempre?
Su primer párrafo dice que con el tiempo el satélite se estrellará contra la tierra. Reforzando así la idea errónea del interrogador de una espiral descendente inevitable. Su segundo párrafo más preciso contradice su primer párrafo incorrecto.
@HopDavid Editará más tarde. Realmente necesito limpiar esta respuesta.
@ HDE226868 Por ejemplo, aquí hay una animación GIF del objeto J002E3 que inicialmente se confundió con un asteroide, hasta que hicieron un análisis espectral y se dieron cuenta de que estaba cubierto con una pintura blanca de óxido de titanio que usaban las etapas de Saturno V. Es una tercera etapa S-IVB del Apolo 12. Pero observe cómo fue recapturada por la Tierra-Luna en 2002 cuando pasó por el punto 1 de Lagrange Sol-Tierra, y luego fue expulsada nuevamente al régimen heliocéntrico por un giro lunar a mediados de 2003. Gracioso pueden pasar cosas en la mecánica orbital/celeste. ;)
Simplemente no creo que nadie esté en condiciones de decir "no rotundo". La respuesta tal como la ha escrito, 1er párrafo, conecta su vida útil orbital con su estado funcional sin considerar sus parámetros orbitales. Creo que es bastante engañoso. Sería mucho mejor si lo borraras. El segundo párrafo (estado de edición actual) es mejor, sobre todo porque sugiere las incertidumbres, y sería mejor presentarlo en su respuesta.
@PrivateName Ha pasado un tiempo desde que publiqué esto, pero si no recuerdo mal, realmente no estaba completamente seguro, en el contexto: supuse que tlehman se refería a obtener energía de la energía solar, pero eso no ayudaría directamente al satélite. permanecer en órbita más que cualquier otra fuente de energía; necesitarías propulsores para cambiar la órbita (salvo algo como un motor de iones). Por eso estaba un poco confundido. Me disculpo si salió mal; Ciertamente no estaba tratando de ser grosero o pedante.

La respuesta a la pregunta real publicada, "¿Puede un satélite artificial permanecer en órbita para siempre?" (donde se supone que "para siempre" es un par de miles de millones de años) es tal vez .

Existen limitaciones obvias: el satélite no podría estar en órbita terrestre baja (también conocida como LEO) debido a la descomposición por la fricción y las variaciones gravitatorias de la Tierra, o incluso en órbitas más altas hasta y posiblemente más allá de la órbita geosincrónica, por la misma razón.

Además, el satélite tendría que ser tan masivo que los impactos de micrometeoritos no cambiarían significativamente su órbita. ¿Cuál es la prueba de esto? Nuestra luna ha estado en órbita terrestre durante varios miles de millones de años, y mientras se aleja (muy, muy lentamente), todavía está allí. En teoría , es posible construir un satélite artificial masivo que estaría en una órbita similar (aunque no demasiado similar, o la Luna podría perturbarlo). Estoy pensando en algo parecido a una Estrella de la Muerte aquí.

E incluso entonces, con una Estrella de la Muerte masiva, siempre existe una pequeña posibilidad de que algo más (un cometa que pasa cerca o el impacto de un asteroide) la perturbe. ¿Pero es posible ? Pienso que es.

Pareces pensar que la resistencia atmosférica es la única influencia. Por encima de cierta altura hay factores más fuertes que la resistencia atmosférica. Como dice David Hammen: "Perturbaciones de la Luna, el Sol y el campo de gravedad no esférico de la Tierra. Perturbaciones de marea. Presión de radiación y su primo, el efecto Yarkovsky. El mecanismo Kozai".

Además, como dice Hammen, estos pueden resultar en una serie de resultados: colisión con la tierra o la luna, o expulsión del sistema tierra-luna. Una órbita terrestre indefinida es poco probable.

El mantenimiento de la estación con energía solar puede ser posible si el satélite tiene una atadura electrodinámica. Pero una atadura que podría durar indefinidamente parece poco probable. La mayoría de los dispositivos hechos por el hombre se descomponen con el tiempo.

De la pregunta:

¿Sería posible utilizar la energía solar para mantener el satélite en órbita para siempre*?

Seguido del comentario:

¿Cómo usarías la energía solar?

Para siempre (o incluso 5 mil millones de años) es mucho tiempo. Como han señalado los otros carteles, es poco probable que un satélite artificial pueda sobrevivir tanto tiempo en el espacio.

Sin embargo, posiblemente sea útil un medio sin propulsor mediante el cual puede mantener el satélite en órbita durante un tiempo indefinido* utilizando energía solar. Esto se puede hacer pasando una corriente eléctrica a través de una cuerda conductora para crear un campo electromagnético que empuja contra el campo electromagnético de la Tierra para reactivar el satélite.

* El problema aquí es la ciencia de los materiales: la correa será relativamente larga y estará expuesta, y será susceptible de sufrir daños por micrometeoritos (al igual que el resto del satélite). Una forma de evitarlo es utilizar una red de cables con redundancia múltiple, un diseño registrado como " Hoytether ". Desafortunadamente, esto solo extiende la vida útil esperada a menos de 200 años, lo que está lejos de ser una eternidad.

TUI ya no parece estar publicitando su Hoytether, aunque todavía tienen sistemas de propulsión de correa ED.

100 años, posiblemente sí. 200, con generador de plasma de alta tecnología (actualmente en etapa de investigación) posiblemente. 5 mil millones de años... lo más probable es que no. La energía solar te da energía, sí, pero luego no puedes simplemente apuntar una batería a tu trasero y recibir un empujón. Necesitas 'lanzar' algo para que te empujen. El motor cohete libera gas a muy alta velocidad, lo que le da empuje. Los micropropulsores también empujan el gas por lo general, aunque hoy en día puede tener propulsores de iones. Los propulsores de iones todavía tienen que transportar su propio gas para ionizarse y expulsarse. Por lo tanto, necesita algo de material para arrojar o consumir (piense en ello como combustible para quemar), y así, después de un tiempo, se quedará sin materia para arrojar, incluso si su batería está llena. La Voyager usa asistencia por gravedad. Permanecer en órbita alrededor de la Tierra no te da eso.

Entonces, el satélite artificial no permanecerá en órbita sin alguna programación, para corregir la trayectoria y usar combustible solar.

Sorprendente diseño de satélites naturales, quizás si estudiamos su diseño podamos aprender algo más sobre los satélites y el Diseñador.

Los satélites naturales tampoco permanecen en órbita. No podemos lanzar satélites que pesen millones de toneladas (que es la lección que hay que 'aprender' del 'diseñador' de los satélites naturales) así que nos tenemos que conformar con un control activo, que les acorta la vida.
¿Puede un satélite artificial permanecer en órbita para siempre?
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