¿Qué tan posibles son los 'saltos espaciales'?

De esta pregunta en Physics.SE:

Pero aparte de eso, no hay ninguna razón por la que un hombre no pueda ser lanzado desde detrás de Júpiter, dar una vuelta lenta alrededor de la Luna y luego descender en espiral a la Tierra... con un traje maravilloso que resista la entrada atmosférica.

De esta pregunta sobre Felix Baumgartner :

Tenga en cuenta que incluso si saltó desde el "infinito", solo alcanzaría la velocidad de escape que es de 11.200 m/s para la Tierra, al igual que los meteoroides más lentos. Supongo que un traje lo suficientemente bueno (y enfriado) inspirado en los cohetes de la NASA podría ser capaz de proteger a un humano contra tales velocidades relativas, aunque para superficies genéricas, es casi seguro que comenzarían a arder en la superficie.

Sin embargo, no sería agradable reducir la velocidad de tales velocidades en la atmósfera. ;-) Verás que si disminuyes uniformemente la velocidad de 10 km/s a 0 km/s mientras vuelas a través de 10 km de la atmósfera, la penetración a través de la atmósfera tarda unos 2 segundos. Sin embargo, pasar de 10 km/s a 0 km/s en dos segundos significa que la desaceleración es de 5000 m/s/s o 500 g. Supongo que ni siquiera él podría sobrevivir a eso. ;-)

Entonces, la información interesante que obtengo de esos dos es que su trayectoria será clave. No podría caer directamente, por lo que, al igual que el transbordador espacial, deberá tener una trayectoria de planeo larga. Esto le dará una menor fricción, lo que conducirá a una menor carga g y temperaturas más bajas. Obviamente, necesitará más aire almacenado, ya que esto podría llevar algo de tiempo, y posiblemente material ablativo más grueso en su traje (no tengo números sobre esto, pero aunque las temperaturas pueden ser un poco más bajas, todavía tendrá a ablación para proteger el contenido del traje)

Es posible que necesite winglets u otras superficies de control para controlar esta senda de planeo.

De hecho, estarías mejor con una cápsula...

Si bien la respuesta de Rory está cerca, permítanme dar algunos detalles adicionales.

1. La velocidad orbital es de unos 7,8 km/s en órbita terrestre baja.
2. Si estás en órbita, no caerás directamente hacia abajo. Simplemente no sucederá. De hecho, la velocidad máxima sería el resultado de una combustión mínima, lo que te llevaría a través de la atmósfera con bastante lentitud.
3. Comenzarás a reducir la velocidad hasta unos 50 km de altura, que es donde realmente comienza el reingreso.

Entonces, hay 2 escenarios que deben discutirse.

1. El enfoque hacia abajo: piense en el récord de caída libre de Felix Baumgartner de 39 kilómetros (24 millas) , pero a unos 500 km de altura.
2. El acercamiento lento- Esto sería más como el transbordador espacial.

El enfoque directo hacia abajo: de alguna manera estás en una estación espacial y necesitas abortar. Solo tienes un cohete y ninguna nave espacial. Entonces disparas lo suficiente como para detener tu velocidad orbital y caes hacia abajo. Esta secuencia de eventos es bastante improbable, por cierto.

Su velocidad máxima probablemente sea de alrededor de 2000 m/segundo. Digamos que golpeas la atmósfera a 10 km, eso te daría un tiempo para desacelerar de 10 segundos. Eso es alrededor de 20 g de aceleración, no lo suficiente como para matarte, pero no sería una experiencia agradable.

En el segundo, solo caes ligeramente verticalmente. Tu fuerza G no sería más que la del transbordador espacial. Presumiblemente, si pudiera diseñar el traje correctamente, funcionaría, pero probablemente sería extremadamente pesado y arriesgado.

En pocas palabras, creo que podría hacerse en cualquier caso, pero sería bastante peligroso. La parte más difícil sería comenzar la maniobra de salida de órbita y construir el traje correctamente.

Mucho más probable es la capacidad de sobrevivir a un lanzamiento abortado, como el Challenger. Es posible que vaya muy rápido o muy alto, pero es más probable que este tipo de cosas sucedan dentro de la atmósfera, lo que lo ralentiza considerablemente.

Por supuesto. Por que no. Querrás algún tipo de escudo térmico , por supuesto.

O este diseño más práctico :

O este concepto anterior, menos convincente :

Parece la caída de un$100\,km$torre se puede sobrevivir en términos de G. asumí un$100\,kg$persona y un$2\,m$,$100\,kg$escudo térmico y otros equipos. Asumiendo un cuerpo romo$C_D$, obtengo un coeficiente balístico de aproximadamente$40{kg\over m^2}$. Integrando esa caída a través de una atmósfera estándar con gravedad que varía adecuadamente con la altitud, obtengo una velocidad máxima de$900\,{m\over s}$, y una aceleración máxima de$2.8\,G$.

La caída de un$400\,km$La torre es problemática. Entonces la velocidad máxima es$2400\,{m\over s}$, con una aceleración máxima de$16\,G$. Para una entrada balística, realmente no se puede obtener mucho más abajo$14\,G$, en un óptimo$C_D$acerca de$7{kg\over m^2}$(un escudo térmico mucho más grande). Tal vez con un poco de elevación podrías mitigar las fuerzas G, pero entonces la caída ya no sería directa.

Si estoy leyendo la pregunta correctamente, esta es una pregunta sobre cuán difíciles son los desafíos de ingeniería.

Dados los datos en la pregunta en sí (sorprendentemente útil), la verdadera pregunta es evitar que la persona que está dejando caer sea aplastada/incendiada. Creo que la densidad del aire y el espíritu de la pregunta impiden un paracaidismo efectivo a gran altura. Su saltador espacial caerá libremente durante algún tiempo, desacelerará a medida que golpea la atmósfera, luego, presumiblemente, abrirá un paracaídas tradicional (a la velocidad terminal tradicional) y aterrizará de manera segura.

Golpear la atmósfera después de la caída libre si eres un cohete sonoro o una persona no es fatal (por aplastamiento), aunque sí desagradable. 5 g es completamente sobreviviente, incluso sin contramedidas.

Entonces eso deja la respiración (no demasiado fuerte, solo un poco de oxígeno) y problemas de calentamiento por la compresión del aire. El diseño de los escudos térmicos es en realidad para maximizar el coeficiente de arrastre y minimizar la carga de calor , por lo que si está dispuesto a traer un tobogán hecho de compuestos cerámicos para empujar el aire fuera del camino, sin duda. (Podría estar atado a su espalda. Imagine una tortuga ninja acostada boca arriba con las piernas y los brazos apuntando hacia arriba) Si desea sumergirse de cabeza al estilo del Capitán Kirk, tendrá que tener algo más que un visor. Podría ser posible, pero no sería seguro.

Sin embargo, si quiere sacrificar la dignidad, acostarse boca arriba con un aeroshell podría, en mi opinión, ser una forma completamente práctica de caer desde la órbita geoestacionaria.

La ciencia ficción ha mostrado varias posibilidades interesantes para sobrevivir al reingreso, en particular, ya sea un traje que tiene una alta carga térmica o un escudo ablativo que uno baja.

El hecho científico tiene una posibilidad aún más interesante: el modo volante. Inspirado en un volante de bádminton, Scaled Composites lo utiliza como modo de reingreso para las naves espaciales SS1 y SS2; SS1 subió a un nivel donde la atmósfera ya no era útil para afectar la actitud de la nave.

Se podría utilizar un sistema de paletas extensibles para generar un embudo de volante; una espuma o gas de alta expansión en la tubería enrollada podría generar un gran efecto de caída y evitar que los niveles de fricción alcancen un peligro térmico para el astroparacaidista adecuado.

El problema es no entrar a una velocidad suficiente para dañar el embudo y/o el astroparacaidista.¹ Y ese es un problema de desorbitación.

Del mismo modo, el escudo inflable Aerobraking ejemplificado en 2010: Odyssey 2 de AC Clark es de una propuesta real a la NASA (por Clark, si no recuerdo mal). La NASA finalmente se puso a probar la idea en 2012 ... IRVE-3 pasó las pruebas iniciales hace aproximadamente un año, julio de 2012.

Una combinación de un escudo inflable para la porción de alta velocidad², y luego un volante flotante después de reducir la velocidad lo suficiente como para no ser herido por la atmósfera misma, y ​​finalmente un paracaídas para el aterrizaje final podría hacer un salto desde LEO o incluso GTO sobrevivible. Si la plataforma tiene o no un peso práctico como sistema de escape es aún dudoso, pero la tecnología existe.

¹: Observando que la velocidad, en este caso, es puramente relativa a la atmósfera. La velocidad orbital es de unos 7,8 km/seg para la órbita terrestre baja; la velocidad superficial en el ecuador es de aproximadamente 0,46 km/seg. Así que esa es una cantidad considerable de velocidad que perder: unos 7,3 km/seg.
También tenga en cuenta: Kittinger y Baumgartner tenían una velocidad relativa cercana a cero debido al uso de un vehículo más ligero que el aire. Cualquier velocidad por debajo de aproximadamente 0,1 km/s no es un problema: 360 kph no es un gran problema, y ​​el embudo puede manejar mucho más que eso.

²: Ese es el punto mientras aún está por encima de la velocidad de la superficie, pero por debajo de la velocidad orbital.