Pitanje:
Koliko su mogući 'svemirski skokovi'?
s-m-e
2013-07-20 02:32:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeste li vidjeli prvi od dva nova filma Zvjezdane staze? Kirk (Chris Pine), Sulu (John Cho) i crvena košulja izvode nešto zaista sjajno u ovom filmu: Skaču iz svemira dolje na planet, u osnovi zaštićen samo nekim odijelom.

Moja pitanja: Je li moguć skok sa stvarnog svemira dolje na Zemlju? Ako da, kako? Koji su stvarni problemi povezani s tim? Je li ikad istraženo? Ako da, kakav je ishod bio?

Pretpostavimo dva scenarija za moje pitanje. Jedan skok s pravog ruba svemira na 100 km nadmorske visine i drugi skok s 400 km , približne nadmorske visine ISS-a. Oba skoka događaju se s fiksnih položaja u odnosu na Zemljinu površinu ( ne s orbite, uzrok). Zamislite da netko baca skok s gigantskog tornja.

Intuicija mi govori da brzo usporavanje jednom duboko u atmosferi ne bi ni bilo problem. Problemi bi trebali dolaziti zbog vrućine uzrokovane trenjem i njegovog 'odlaganja', iako u to nisam siguran.

Dajući neki kontekst ovom pitanju, prije svega, postojao je Project Excelsior, u kojem je Joseph Kittinger izvodio slične skokove, među njima i jedan s visine od 31,33 km , 1960. Daljnji skokovi ove vrste dogodili su se u okviru projekata Red Bull Stratos, tijekom kojih je Felix Baumgartner skočio s maksimalne visine od 38,97 km 2012. Oba projekta su po definiciji imala skokove iz Zemljine atmosfere na budite precizniji iz stratosfere. Iako su obojica padobranaca doživjeli prilično dugu fazu virtualnog slobodnog pada prije nego što su "pogodili" "atmosferu", kako su je opisali.

Prije nekog vremena morao sam se nositi s zvučnim raketama . Ravan do oko 100 km u letu s pogonom i odmah opet ravno prema dolje u 'slobodnom' padu . Mjerenja temperature na vanjskoj ljusci pokazala su maksimalno oko 250 ° C +/- 50K pri ponovnom ulasku, iako su temperature već dosegle oko 70 ° C u apogeeu zbog brze vožnje prema gore. Iskopao sam primjer u smislu brzine i usporavanja na putu prema dolje i napravio zaplet, evo ga:

free fall from 87 km and (re-) entry

To je samo s 87 km, ali trebao bi učiniti trik. Predmet je bio cilindar, duljine oko 2,5 m i promjera 0,3 m, težine nešto manje od 100 kg (težina i dimenzije malo su slične ljudskom tijelu). Da, padnulo je. Otvor padobrana možete vidjeti na oko 6 km. Vršno usporavanje na putu prema dolje bilo je oko 5,5 G , u granicama da bi čovjek mogao preživjeti. Uključuje onaj G koji doživljavate ovdje na Zemljinoj površini. Budite oprezni s podacima iznad 60 km - to su GPS podaci, koji usisavaju na velikoj visini i velikim okomitim brzinama. Ako nekoga zanima, rakete su bile poboljšane Orioni.

Super pitanje. Oduvijek sam smatrao da je slučaj kada se to radi iz orbite bio posebno zanimljiv. Neka osobna minimalna količina impulsa primijenjena na osobnu tužbu za ponovni ulazak. Shvatili su Heinleinovi Starship Troopers.
Zapravo, toplinu tijekom ponovnog ulaska ne uzrokuje trenje, već kompresija.
Užasno je kako ljudi samo c & p broje poput "10 km" itd. Zacrtajte na temelju stvarnih podataka dodanih pitanju!
Na povezanu temu postoji [ovo pitanje o gradnji svijeta] (http://worldbuilding.stackexchange.com/questions/27925/skydiving-from-a-space-station/27940#27940).
Svjetski rekordni pad trenutno je 128 km: https://www.youtube.com/watch?v=FHtvDA0W34I
@MagicOctopusUrn Felix Baumgartner skočio je sa 128 k * stopa *, tj. 39 km;) Također je držao rekord samo dvije godine: Trenutni rekorder je Alan Eustace. Skočio je sa 136 tisuća metara, nešto više od 41 km.
@s-m-e, koji vrag mjeri udaljenost u tisućama stopa? Oprostite na mom francuskom. Ali da, pošteno; Vidio sam 128k i PREUZETI km ...
Pet odgovori:
#1
+30
Rory Alsop
2013-07-20 03:45:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Iz ovog pitanja na temu Physics.SE:

Ali osim toga, nema razloga zašto se čovjeka ne može lobirati iza Jupitera, napraviti usporavajuća petlja oko Mjeseca, pa spirala do Zemlje ... s obzirom na neko čudesno odijelo koje će izdržati ulazak atmosfere.

Iz ovog pitanja o Felixu Baumgartneru:

Imajte na umu da bi čak i kad bi skočio iz "beskonačnosti" dosegao samo brzinu bijega koja iznosi 11.200 m / s za Zemlju, baš kao i najsporiji meteoroidi. Pretpostavljam da bi dovoljno dobro (i ohlađeno) odijelo nadahnuto NASA-inim raketama moglo biti sposobno zaštititi čovjeka od takvih relativnih brzina iako bi za generičke površine gotovo sigurno počele gorjeti na površini.

Međutim, ne bi bilo ugodno usporiti s takvih brzina u atmosferi. ;-) Vidite da ako ujednačeno usporite s 10 km / s na 0 km / s dok letite kroz 10 km atmosfere, prodor kroz atmosferu traje oko 2 sekunde. Međutim, prijelaz s 10 km / s na 0 km / s u dvije sekunde znači da je usporenje 5000 m / s / s ili 500 g. Pretpostavljam da ni on to ne bi mogao preživjeti. ;-)

Dakle, zanimljiv dio informacija koje dobivam od njih dvoje jest da će vaša putanja biti ključna. Nisi mogao ući ravno, pa će ti, poput svemirskog broda, trebati dug klizajući put. To će vam dati manje trenje, što dovodi do manjeg opterećenja g i nižih temperatura. Očito će vam tada trebati više uskladištenog zraka - jer bi to moglo potrajati, a možda i deblji ablativni materijal na vašem odijelu (nemam brojeve o ovome, ali iako su temperature možda malo niže, i dalje ćete imati za ablaciju radi zaštite sadržaja odijela)

Možda će vam trebati krila ili druge kontrolne površine za upravljanje ovim kliznim nagibom.

Zapravo - bilo bi vam bolje da imate kapsulu ...

Hvala na odgovoru. Pa, kapsule su dosadne, a Kirk nema krila :-) Pitam za 'jednostavan' padobranski skok u odijelu iz statičnog položaja - ravno dolje.
@ernestopheles: U tom slučaju odgovor NIJE. Pljuskate prema debljim slojevima zraka. Morate se spustiti prema dolje, postupno smanjujući svoju orbitu.
@SF. Pitanju sam maloprije dodao zaplet. Ne bih to nazvao * splat *. Usporavanje se prilično glatko gradi na održivoj razini. Zauzet sam tražeći neke podatke sa pada od 400 km. Trebao bi izgledati slično, s tek malo većim vršnim usporavanjem.
@ernestopheles: 360 km slobodnog pada iznad atmosfere doveo bi vas do oko 2650m / s. Tada biste u roku od sljedećih 25 km izgubili otprilike svu ovu brzinu. To je u prosjeku oko 14g * tijekom tog razdoblja. Možete biti prilično sigurni da bi vršno ubrzanje bilo znatno veće, a AFAIR, 8 g može se preživjeti "održivo", 12 g u kratkim impulsima, 14 g uzrokuje značajne ozljede ... U vašem slučaju prosječno usporavanje na tih kritičnih 25 km je 1,6 g, maksimalno - 5,5 , ovdje možete očekivati ​​slične proporcije, gruba procjena - 48g, što definitivno udovoljava definiciji "splat".
@SF. Pošteno, ovo u osnovi gotovo isključuje scenarij od 400 kilometara. Ako želite ovo sastaviti u pravilan, sustavan odgovor ...
@Rory Naš je medicinski tim podržao RBS i objavio rad o našem pristupu najvećem riziku; trajna izloženost -Gz u ravnom vrtnju: Pattarini, James M., et al. "Ravan spin i negativni Gz u slobodnom padu na visokoj nadmorskoj visini: patofiziologija, prevencija i liječenje." Zrakoplovna, svemirska i ekološka medicina 84,9 (2013): 961-970.
#2
+17
PearsonArtPhoto
2013-07-20 04:50:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Iako je Roryjev odgovor blizak, dopustite mi da dam nekoliko dodatnih detalja.

  1. Orbitalna brzina iznosi oko 7,8 km / s u niskoj Zemljinoj orbiti.
  2. Ako kruže, nećete pasti ravno dolje. To se jednostavno neće dogoditi. Zapravo, maksimalna brzina rezultirala bi minimalnim opeklinama, koje bi vas prilično sporo vodile kroz atmosferu.
  3. Počet ćete usporavati do razine od oko 50 km, gdje je ponovni ulazak stvarno počinje.

Dakle, postoje 2 scenarija o kojima bi trebalo raspraviti.

  1. Pristup ravno prema dolje - pomislite na rekord slobodnog pada Felixa Baumgartnera od 39 kilometara ( 24 milje), ali visoka oko 500 km.
  2. Polagani prilaz - Ovo bi više sličilo svemirskom brodu.

Prilaz ravno - Nekako ste na svemirskoj stanici i morate prekinuti. Imate samo raketu, a nemate svemirski brod. Dakle, ispalite dovoljno da zaustavite svoju orbitalnu brzinu i padnete ravno dolje. Ovakav slijed događaja prilično je nevjerojatan, BTW.

Vaša maksimalna brzina vjerojatno bi bila oko 2000 m / s. Recimo da atmosferu udarite na 10 km, što bi vam dalo vrijeme za usporavanje od 10 sekundi. To je oko 20 g ubrzanja, nedovoljno da vas ubije, ali ne bi bilo ugodno iskustvo.

U drugom, samo malo vertikalno padate. Vaša G sila ne bi bila ništa više od sile svemirskog broda. Pretpostavlja se da biste mogli dizajnirati odijelo kako treba, to bi uspjelo, ali vjerojatno bi bilo izuzetno teško i rizično.

Dno crte, vjerujem da bi se to moglo učiniti u oba slučaja, ali bilo bi prilično opasno. Najteži dio bio bi započeti manevar bez orbite i izgraditi odijelo baš kako treba.

Daleko je vjerojatnije sposobnost preživljavanja prekinutog lansiranja, kao što je Challenger. Možda idete vrlo brzo ili visoko, ali vjerojatnije je da će se takve stvari dogoditi unutar atmosfere, što će vas znatno usporiti.

Opet, thx za odgovor. Zapravo ne pitam kako se može doći na poziciju takvog skoka ili vjerojatnosti da se dogodi. Ne tražim uklanjanje orbite. Neke brojeve mogu utisnuti u svoj kalkulator, zanemariti atmosferski otpor (iznad '10 km ') i doći ću do otprilike 2000 m / s. Ali to nekako ne odgovara na moje pitanje. Intuitivno, skokovi opisani u mom pitanju mogu nekako uspjeti, nadamo se da se oko toga možemo složiti - barem s 'istinskog' ruba svemira. Dakle, ovaj je odgovor prejednostavan.
@ernestopheles: Tvrdio bih da odgovorim na pitanje. Skok iz LEO-a otprilike je najviši što sam ikad mogao zamisliti da netko skače, pa bi vam trebao pružiti prilično pristojno mjesto za početak.
#3
+13
Mark Adler
2013-08-26 11:45:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Naravno. Zašto ne. Trebat će vam neka vrsta toplinskog okla, naravno.

Skysurfing human weight-shift steered entry vehicle

Ili ovaj praktičniji dizajn:

Paracone

Ili ovaj raniji, manje uvjerljiv koncept:

General Electric’s one-man, orbital escape pod from the 1960’s

Izgleda pad sa kule od 100 $, km $ preživljen je u smislu G-a. Pretpostavio sam da $ 100 \, kg $ osobe i toplotni štit od $ 2 \, m $, 100 $ \, kg $ i druga oprema. Pod pretpostavkom tupog tijela $ C_D $, dobivam balistički koeficijent od oko 40 $ {kg \ preko m ^ 2} $. Integrirajući taj pad kroz standardnu ​​atmosferu s gravitacijom koja se pravilno mijenja s visinom, dobivam maksimalnu brzinu od $ 900 \, {m \ over s} $, a maksimalno ubrzanje od $ 2,8 \, G $.

pad s tornja od $ 400 \, km $ problematičan je. Tada je maksimalna brzina $ 2400 \, {m \ over s} $, uz maksimalno ubrzanje od $ 16 \, G $. Za balistički unos ne možete ga dobiti puno ispod 14 $ \, G $, uz optimalnih $ C_D $ od oko 7 $ {kg \ preko m ^ 2} $ (puno veći toplinski štit). Možda biste nekim podizanjem mogli ublažiti snage G, ali tada pad više ne bi bio ravno dolje.

Dobar odgovor, hvala. Matematika je stvarno zanimljiva. Rezultati za scenarij od 100 km istog su reda veličine od onoga što sam vidio zvučnim raketama. Čini me da mislim da su i vaši rezultati za scenarij od 400 kilometara točni, što ga gotovo čini nemogućim ...
Zaboravio sam spomenuti da stvarnom ubrzanju morate dodati $ 1 \, G $ da biste dobili ono što će nesretni putnik osjećati. Dakle, ubrzanja koja treba tolerirati su 3,8 $ \, G $ i 17 $ \, G $.
Izgleda da se drugi momak vraća s krumpirom
#4
+10
aramis
2013-07-24 14:14:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Znanstvena fantastika pokazala je nekoliko zanimljivih mogućnosti za preživljavanje ponovnog ulaska, ponajviše, bilo odijelo koje ima veliko toplinsko opterećenje, bilo ablativni štit koji se vozi.

Znanstvena činjenica ima još više zanimljiva mogućnost: shuttlecock način rada. Inspiriran lopticom za badminton, Scaled Composites koristi ga kao način ponovnog ulaska u letjelice SS1 i SS2; SS1 se popeo na razinu na kojoj atmosfera više nije bila korisna da utječe na držanje letjelice.

Sustav rastezljivih lopatica mogao bi se koristiti za stvaranje zamajaca lopate; pjena ili plin visoke ekspanzije u valjane cijevi mogu generirati lijep efekt velike droge i spriječiti da razine trenja dosegnu toplinsku opasnost za odgovarajućeg astro-padobranca.

Problem je u tome što se ne ulazi brzinom dovoljnom da ošteti drogu i / ili astro-padobranca.¹ I to je problem oko orbite.

Isto tako, štitnik na napuhavanje Aerobraking prikazan u A.C. Clarku 2010: Odiseja 2 iz stvarnog je prijedloga NASA-i (Clarka, ako se dobro sjećam). NASA je napokon započela s testiranjem ideje 2012.... IRVE-3 prošao je početna ispitivanja prije otprilike godinu dana - srpanj 2012.

Kombinacija napuhavajućeg štita za dio velike brzine², a zatim shuttlecock spužva nakon što je usporio dovoljno da ga atmosfera ne ozlijedi, a napokon padobran za konačno slijetanje mogao bi skok s LEO-a ili čak GTO-a preživjeti. Je li sustav praktično važan kao sustav za bijeg, zasad je dvojbeno, ali tehnologija postoji.


¹: Primjećujući da je brzina, u ovom slučaju, isključivo u odnosu na atmosferu. Orbitalna brzina je oko 7,8 km / s za nisku zemljinu orbitu; površinska brzina na ekvatoru je oko 0,46 km / sek. Dakle, to je znatna velika količina brzine koju treba proliti: oko 7,3 km / s.
Također napomena: Kittinger i Baumgartner imali su gotovo nultu relativnu brzinu zbog upotrebe vozila lakšeg od zraka. Svaka brzina ispod oko 0,1 km / s nije problem - 360 km / h nije preveliki problem, a droga može podnijeti i više od toga.

²: To je poanta dok je još uvijek iznad površinska brzina, ali ispod orbitalne brzine.

#5
+10
Jeremy Kemball
2013-07-30 02:36:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ako pravilno čitam pitanje, ovo je pitanje o tome koliko su teški inženjerski izazovi.

S obzirom na podatke u samom pitanju (nevjerojatno korisno), pravo je pitanje spriječiti osobu koja vam pada da bude zgnječena / zapaljena. Vjerujem da gustoća zraka i duh pitanja sprečavaju učinkovito padobranstvo na velikoj visini. Vaš svemirski skakač neko vrijeme će slobodno padati, usporavati dok udaraju u atmosferu, a zatim će vjerojatno otvoriti tradicionalni padobran (tradicionalnom brzinom terminala) i sigurno sletjeti.

Ako pogodite atmosferu nakon slobodnog pada, ako su zvučna raketa ili je osoba nesmrtonosna (drobljenjem), iako neugodna. 5 g je potpuno preživivo, čak i bez protumjera.

Dakle, zbog kompresije zraka ostaje problem s disanjem (ne pretvrdim, samo malo kisika) i grijanjem. Dizajn toplinskih štitova zapravo je maksimalizirati koeficijent otpora i minimalizirati toplinsko opterećenje, pa ako ste voljni ponijeti poput tobogana izrađenog od keramičkih kompozita da zrak s puta, svakako. (Može se vezati za leđa. Zamislite nindžu kornjaču koja leži na leđima s nogama i rukama usmjerenim ravno prema gore) Ako želite zaroniti glavom u stilu kapetana Kirka, morat ćete imati više od prozora. To bi moglo biti moguće, ali ne bi bilo sigurno.

Međutim, ako želite žrtvovati dostojanstvo, ležanje na leđima aeroskoljkom moglo bi, prema mojoj procjeni, biti sasvim praktičan način za pad s geostacionarnog uređaja orbita.

Vaš prvi i drugi odlomak prikazuju o čemu se radi u pitanju :-) Hvala na odgovoru i dobrodošli na ovo mjesto. Ne bih u potpunosti isključio padobrane na velikim visinama. Postoje dobre stvari koje rade pri velikim brzinama i u tankim atmosferama - pogledajte najnovije slijetanje s Marsa. Vaša je izjava slična onoj što mi govori moja intuicija. Pa, to je intuicija, u čemu je poanta. No, je li ikad istraženo? Je li netko ubacio neke stvarne brojeve u računala ili je izvršio neko projektiranje ili testiranje?


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...