Wie bleibt die Raumstation im Orbit, ohne auf die Erde zu fallen?
Antworten
Die Internationale Raumstation befindet sich in einer erdnahen Umlaufbahn. Technisch gesehen fällt es auf die Erde, tatsächlich befindet es sich im freien Fall, bewegt sich aber so schnell seitlich, dass es der Erde eigentlich nicht näher kommt.
Das bedeutet es, im Orbit zu sein.
Es ist nicht in der Schwerelosigkeit. Es steht definitiv unter dem Einfluss der Schwerkraft der Erde. Es bewegt sich nur so schnell seitwärts, dass es nicht auf die Erde fällt
Selbst wenn sie sich mit so viel Kraft wie möglich von der ISS weg und auf die Erde unter ihnen werfen würden … je nachdem, wie genau sie gezielt haben, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sie die Station erneut von oben (der von der Erde abgewandten Seite) treffen würden ) genau eine Umlaufbahn später.
Sie und die Station hängen nicht einfach regungslos im Weltraum, während sich die Erde unter Ihnen dreht. Sie bewegen sich beide mit etwa 17.500 Meilen pro Stunde im Kreis um die Erde. Dieser Kreis wird von der Schwerkraft gehalten und zieht Sie nach unten, genauso wie es für Sie hier auf der Erde der Fall ist. Andernfalls würden sowohl Sie als auch die Station in einer geraden Linie von der Erde wegfliegen. Dieser Kreis wird Umlaufbahn genannt.
Wenn Sie sich von der Station abstoßen (oder sich von ihr entfernen lassen), haben Sie Ihre Umlaufbahn nur geringfügig verändert und unterscheiden sich nur geringfügig von der der Station. Sie befinden sich immer noch fast genau auf derselben Umlaufbahn. Abhängig davon, in welche Richtung Sie sich ursprünglich geändert haben, bestimmt Ihr Vektor relativ zur Station, was passiert und wie Ihre Bewegung relativ zur Station verläuft. Dies liegt daran, dass Stöße entlang unterschiedlicher Umlaufachsen unterschiedliche Auswirkungen auf die Veränderung der Umlaufbahnen haben. In allen Fällen besteht die allgemeine Tendenz darin, ungefähr auf der gleichen Umlaufbahn davonzudriften, sich mit der Zeit auszubreiten und schließlich wieder zusammenzukommen, mit der Möglichkeit einer erneuten Kollision mit der Station.
Lassen Sie uns untersuchen, was passiert, wenn Sie von der Station in Richtung Erde unter Ihnen abstoßen.
Nun wird Ihnen der alltägliche gesunde Menschenverstand, der nur auf Ihren Erfahrungen hier auf der Erde basiert, sagen, dass Sie einfach weiter von der Station in Richtung Erde driften werden, bis Sie die Atmosphäre erreichen und wie ein Meteor verglühen. Rechts?
FALSCH!
der drei Achsen und sechs Richtungen, die mit Orbitalmanövern verbunden sind (prograd/retrograd, normal/antinormal, radial nach innen/außen), erzeugen Sie einen kurzen Impulsschubvektor in der radialen Richtung (in Richtung der Mitte Ihrer Umlaufbahn, in Richtung). Erde).
Wenn Sie radial stoßen, ändern Sie Ihre kreisförmige Umlaufbahn (rot) in eine elliptische Umlaufbahn mit einem Hoch- und einem Tiefpunkt (blaue und grüne Umlaufbahnen).
Wenn Sie nach innen stoßen, wird Ihre Umlaufbahn vor Ihnen abgesenkt und hinter Ihnen angehoben. Das Herausstoßen bewirkt das Gegenteil. (HINWEIS: Das Bild oben ist entweder falsch beschriftet oder zeigt eine retrograde Umlaufbahn im Uhrzeigersinn. Die meisten Umlaufbahnen sind prograd und gegen den Uhrzeigersinn und die Beschriftungen sind für diese Situation falsch.) Um Missverständnisse zu vermeiden, gehen wir davon aus, dass die Beschriftungen korrekt sind und sich die Umlaufbahn im Uhrzeigersinn bewegt. von Osten nach Westen.
Unten im Bild stoßen Sie sich also von der Station in Richtung des grünen Pfeils ab. Die Station bleibt im roten Orbit, Sie befinden sich nun im grünen Orbit.
Während Sie und die Station sich vom unteren Bildrand weiter von rechts nach links bewegen, scheinen Sie sich zunächst von der Station weg in Richtung Erde zu bewegen. Gut soweit. Aber nur 90° herum, irgendetwas ist anders. Dieser anfängliche Schubvektor in Richtung Erde … die Richtung dieses anfänglichen Impulses ändert sich nicht, nur weil Sie sich um 90° um einen Kreis bewegt haben. Unten im Bild zeigt der grüne Pfeil in Richtung Erde. Aber um 90° drehte sich dieser Pfeil nicht um 90°. Es zeigt immer noch in die gleiche Richtung. Zum oberen Bildrand und parallel zur Erde und der umlaufenden Station, immer noch im roten Kreis. 180° herum und der Vektor zeigt immer noch in die gleiche Richtung, aber jetzt von der Erde weg. 270° herum und der Vektor ist jetzt wieder parallel zur Erde, zeigt jedoch entgegengesetzt zu Ihrer Bewegungsrichtung. Schließlich, nach einer vollen 360°-Umrundung und einer vollständigen Umlaufbahn später, zeigt Ihr Vektor wieder in Richtung Erde.
Niedrigere Kreisbahnen sind schneller als höhere Kreisbahnen. Ein Objekt auf einer elliptischen Umlaufbahn ändert ständig seine Geschwindigkeit, während es sich zwischen der hohen und der niedrigen Höhe seiner Umlaufbahn hin und her bewegt.
Also zurück zum Problem. Sie starten mit der gleichen konstanten Umlaufgeschwindigkeit der ISS, stoßen dann aber in Richtung der Erde unter Ihnen ab. Ihre Umlaufgeschwindigkeit bleibt praktisch unverändert und Ihr Anfangsvektor zeigt zur Erde. Aber während Sie sich um Ihre Umlaufbahn bewegen, nehmen Sie an Geschwindigkeit zu, indem Sie in Richtung Erde auf eine niedrigere Umlaufhöhe fallen. Wenn Sie den tiefsten Punkt Ihrer Umlaufbahn erreichen, bewegen Sie sich mit Ihrer höchsten Umlaufgeschwindigkeit UND Ihr Vektor zeigt nicht mehr in Richtung Erde, sondern parallel dazu in derselben Richtung, in der Sie umkreisen. An diesem Punkt, 90° herum (linke Seite des Bildes), bewegen Sie sich nicht mehr auf die Erde zu. Die Station liegt höhenmäßig über Ihnen, aber deutlich hinter Ihnen und fällt noch weiter zurück, da Sie sich in Ihrer Umlaufbahn viel schneller bewegen als die ISS in ihrer eigenen Umlaufbahn.
90° später, 180 Grad um Ihre Umlaufbahn und oben im Bild ... Ihr Vektor ist jetzt von der Erde weg, Ihre Umlaufgeschwindigkeit verlangsamt sich, während Sie gegen die Schwerkraft auf eine höhere Höhe steigen, und Sie haben die gleiche Umlaufgeschwindigkeit erreicht als Sie mit der ISS angefangen haben. Sie gewinnen auf der ISS nicht mehr an Distanz und befanden sich auf der gleichen Höhe wie die ISS-Umlaufbahn, aber Sie bleiben dort nicht stehen, sondern bewegen sich auf eine noch höhere Höhe und werden noch langsamer.
Dreiviertel der Umlaufbahn um 270° herum und auf der rechten Seite des Bildes … Sie befinden sich jetzt auf Ihrer höchsten Höhe, Ihrer langsamsten Umlaufgeschwindigkeit und Ihr Anfangsvektor zeigt entlang Ihrer Umlaufbahn nach hinten. Jetzt holt die ISS Sie wieder ein, da sie niedriger ist und viel schneller fliegt als Sie.
Und schließlich haben Sie eine vollständige Umlaufbahn abgeschlossen. Sie haben an Geschwindigkeit zugenommen und sind auf die gleiche Höhe wie die ISS auf Ihre ursprüngliche Höhe zurückgefallen, und die ISS hat Sie an diesem bestimmten Punkt in der Umlaufbahn wieder eingeholt. Ihr ursprünglicher Vektor zeigt wieder in Richtung Erde, und Sie laufen nun Gefahr, mit der Station zu kollidieren, die sich ihr von oben auf der gegenüberliegenden Seite der Erde nähert.
Damit das tatsächlich geschieht, müssen einige Dinge tatsächlich wahr sein. Zunächst einmal muss Ihr anfänglicher Vektor, der sich von der Station abstößt, perfekt radial nach innen gerichtet sein, egal ob eine prograde/retrograde Komponente oder eine normale/antinormale Komponente vorliegt. Dies verzerrt die Ergebnisse und Sie werden in der Nähe der Station vorbeikommen, aber wahrscheinlich nicht auf sie treffen. Es ignoriert auch andere äußere Faktoren, die Ihre Umlaufbahn beeinflussen würden, wie z. B. der Luftwiderstand, der Sonnenstrahlungsdruck und dergleichen, die alle das Ergebnis beeinflussen würden.