¿Por qué la basura de la ISS tarda tanto en caer fuera de órbita?

La ISS recientemente descartó algo de basura y espera que tarde de 2 a 4 años en salir de órbita y quemarse.

De la ISS de Gizmodo se deshace de un palé de baterías de 2,9 toneladas, creando su pieza de basura espacial más masiva :

La paleta está repleta de baterías de níquel-hidrógeno y permanecerá en órbita terrestre baja durante los próximos dos a cuatro años “antes de quemarse inofensivamente en la atmósfera”, según un comunicado de la NASA . SpaceFlightNow informa que la paleta es el "objeto más masivo jamás arrojado desde el puesto de avanzada en órbita".

¿Cómo es que no le dan un empujón extra hacia la Tierra y lo sacan de órbita antes?

O tal vez lo empujaron tan fuerte como pudieron y este es el tiempo que lleva.

Simplemente parece lógico que quieran quitarlo del camino lo antes posible.

Bienvenido a Espacio SE. ¿Podrías poner una referencia para ese evento?
El Canadarm2 solo puede moverse a 0,6 m/s y está descargado. la velocidad cae rápidamente con la carga. No puedes simplemente "empujar más fuerte" con un aparato como ese. Sí, el SSRMS puede manejar masas de hasta 100 toneladas, pero no moverlas con facilidad. Sin embargo, no soy un experto en los límites de carga de ese sistema, por lo que realmente no puedo decirle los límites operativos máximos para una carga útil de 2,9 toneladas como la paleta de basura. Pero 0,6 m/s es el límite superior de todos modos.
@Polygnome ¿de dónde sacaste el número 0.6? Eso es diferente de lo que recuerdo. 0.6 está cerca del número para el brazo del transbordador, pero el SSRMS es aproximadamente la mitad que IIRC
Debido a que el empujón adicional requeriría energía adicional, les gustaría reservar para cosas más importantes, tal vez... Probablemente podrían apresurar la basura si fuera importante, pero dado que a nadie le hace daño tener algunos satélites con baterías de litio en órbita alrededor de la tierra durante algunos años, entonces ¿por qué desperdiciar el combustible? Esa es mi conjetura. El combustible es muy caro para enviar allí.
@OrganicMarble Es posible que haya confundido el brazo de la lanzadera y la ISS al buscar los números. Sin embargo, realmente no cambia el sentimiento de mi comentario, ya que es de la misma magnitud. Simplemente no obtendrá mucha aceleración del brazo.
@Polygnome mejora su argumento ya que SSRMS es aún más lento.
Relacionado: este video explica qué herramientas probablemente querrá usar para ayudarlo a expulsar la paleta de basura más rápido. youtube.com/watch?v=cxNJoaBLLNM&ab_channel=ScottManley Dicho esto, uno podría considerar empujarlo lo más fuerte posible como forma de impulsar la órbita de la estación.

Respuestas (3)

Supongo que se refiere al desecho de la plataforma de basura que contenía las baterías viejas, que llegó a alrededor de 2,9 toneladas. Esos fueron desechados usando el Canadarm2.

El Canadarm2 tiene los siguientes límites operativos:

Velocidad de las operaciones

  • Descargado: 37 centímetros/segundo (1,21 pies/segundo)
  • Cargado:
    • Montaje de la estación: 2 centímetros/segundo (0,79 pulgadas/segundo)
    • Soporte EVA - 15 centímetros/segundo (5,9 pulgadas/segundo)
    • Orbitador: 1,2 centímetros/segundo (0,47 pulgadas/segundo)

(Números de Canadarm2 y el Subsistema de Servicios Móviles )

No estoy exactamente seguro de dónde cae la paleta en este rango, pero presumiblemente entre 2 cm/s y 15 cm/s. Los límites superiores son 37 cm/s.

La velocidad orbital de la ISS es ~7660m/s. Eso significa que el palé solo puede obtener alrededor del 0,005 % del cambio de velocidad del brazo.

Combine esto con el hecho de que el palé es muy denso y tiene un área transversal pequeña, el coeficiente balístico es bastante alto, por lo que no experimenta mucha resistencia (en comparación con un objeto grande y liviano).

Según estas preguntas y respuestas , desechar cosas a mano produce velocidades de aproximadamente 0,6 m/s, pero solo para cosas que son significativamente más livianas que 2,9 toneladas .

@Uwe ya hizo una buena comparación con el transbordador, que necesitaba 90 m/s para la quema de reingreso. El lanzamiento se realizó con 0,37 m/s.

No puede simplemente "empujar más fuerte" debido a los límites operativos del Canadarm2 y el cuerpo humano, dependiendo de quién se deshaga.

Y con un cambio tan pequeño en la velocidad, lleva un tiempo salir de órbita. Lo cual realmente no importa. Hacer que salga de órbita más rápido incurriría en altos costos sin ningún beneficio aparente.

Estuve contigo hasta el 'cuerpo humano'. ¿Relevancia? Los controles SSRMS no requieren fuerza para operar.
@OrganicMarble No, pero no toda la basura se desecha con el brazo. En este caso lo fue, pero en otras ocasiones se hizo literalmente empujando la basura con la fuerza del cuerpo, por ejemplo, aquí: twitter.com/Space_Station/status/1354461242610642945
Ah, OK. Pensé que te referías a quién estaba volando el brazo para deshacerse del p/l. Podría elegir algunas liendres robóticas con esto, pero me gusta lo suficiente como para un +1
@OrganicMarble Siéntase libre de criticar, si eso conduce a una mejora en la respuesta que solo ayuda a difundir el conocimiento. Como dije, no soy realmente un experto cuando se trata del brazo.
Bueno, las últimas 3 viñetas que das son tarifas "cargadas", no solo la de montaje de la estación. "Cargado" solo significa que el brazo está sujeto a una carga útil. Tal vez simplemente lo copiaste mal de la fuente. El "Orbiter" fue para un caso hipotético del SSRMS moviendo el transbordador, nunca sucedió. Parte de la configuración de SSRMS para operaciones es cargar archivos en sus computadoras que definen las tasas máximas permitidas para una carga útil en particular. No es simplemente una cuestión de potencia del brazo disponible frente a la masa de la carga útil (aunque obviamente eso es una consideración importante).
@OrganicMarble He cambiado un poco el marcado de la lista, ahora es mucho más claro.
También está el pequeño problema del retroceso; es posible que no desee presionar más para minimizar el cambio de impulso en la propia ISS. Estoy seguro de que el diferencial de masa es lo suficientemente grande como para que no valga la pena preocuparse, pero hay un punto en el que podría presionar lo suficiente como para afectar significativamente la órbita de la ISS.

Hay dos razones principales por las que tarda tanto:

  1. mucha masa y muy poco delta-v.
  2. un gran coeficiente balístico.

El primero se debe a la limitación del mecanismo de despliegue. El segundo significa que el arrastre lleva más tiempo que, digamos, una estructura endeble.

¿La basura tiene un gran coeficiente balístico? Tienes una fuente? Esto sería sorprendente, por decir lo menos. Ese contenedor con forma de caja no es para nada aerodinámico. Tampoco tendría sentido que lo fuera, si el propósito es dejar que el arrastre baje a la tierra y romperla en el camino hacia abajo si es posible. ¿Por qué dices que tiene un gran coeficiente balístico?
@ user39728 porque obviamente lo hace. Los cuerpos densos tienden a tener altos coeficientes balísticos. Le sugiero que lea el artículo de wikipedia.
En la región de la que estamos hablando, estamos lidiando con la dinámica del gas enrarecido. Para miradas rápidas, se trata simplemente de densidad. Las baterías son densas.
Está bien, lo sabes mejor que yo, pero decir "porque obviamente lo hace" no es una buena manera de comenzar una respuesta. Infórmeme para que pueda hacer preguntas menos estúpidas la próxima vez ;-)
Gracias, Erik.
@user39728 ¿Qué puedes lanzar más lejos: una pelota de playa, una pequeña pelota de plástico o una pelota de golf?
@eps: se ha explicado el problema de la densidad, por lo que no está agregando mucho en este momento. Además, las bolas son de tamaños muy diferentes, por lo que tendrías dos variables en juego, y no sería inmediatamente obvio cuál de ellas explica la diferencia en el recorrido entre las bolas.
@ user39728 Una forma de verlo es usar un concepto relacionado, el coeficiente de arrastre C d . Dado un fluido (líquido o gas) con densidad ρ y un objeto que se mueve a través del fluido con una velocidad v y una sección transversal A al fluido, la fuerza sobre el objeto es F = 1 2 ρ v 2 C d A . La forma es importante para aviones, embarcaciones y automóviles. No es importante en absoluto para las cosas en la atmósfera superior de muy baja densidad. Un valor estándar para C d en la atmósfera superior es 2.2. En comparación, un paracaídas muy bueno (que está diseñado para ser más bien no aerodinámico) tiene una C d de 1.5.
Casi todo es esencialmente un paracaídas en el espacio. Todo lo que importa es la sección transversal. Dados dos objetos con la misma sección transversal, uno muy ligero y el otro muy masivo, los dos objetos experimentan más o menos la misma fuerza de arrastre. Dividiendo por la masa, el objeto muy ligero experimentará una aceleración de arrastre mucho mayor que el objeto muy masivo. La relación entre el coeficiente balístico B C mencionado en la respuesta y el coeficiente de arrastre C d Acabo de escribir sobre es simple: B C = METRO / ( C d A ) .
Esto da como resultado una buena expresión para la aceleración de arrastre: a d = 1 2 ρ v 2 / B C . La relación inversa entre el coeficiente balístico y la aceleración de arrastre significa que cuanto mayor sea el coeficiente balístico, menor será la aceleración de arrastre (y viceversa).

El transbordador espacial realizó un arranque de deorbitación durante tres minutos para disminuir la velocidad orbital en solo un 1 %. Este delta v era de solo 90 m/s. Pero 90 m/s son 324 km/h, mucho más que un pequeño empujón extra. Un caminante lento necesita unos 10 minutos para recorrer un kilómetro, 1,67 m/s o 6 km/h.

Si el empujón suave es similar a la velocidad del caminante lento, es solo el 1,85 % del delta v necesario de 90 m/s. La velocidad de desorbitación es comparable a la de un tren eléctrico de unidades múltiples de alta velocidad ICE-3 con licencia para 330 km/h.

Intenta imaginarte un ICE-3 pasando a toda velocidad en una distancia de unos 20 m. ¿Es esto como un empujón suave?

¿Por qué la basura de la ISS tarda tanto en caer fuera de órbita?
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