Küsimus:
Kui võimalik on „kosmoses hüppamine”?
s-m-e
2013-07-20 02:32:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kas olete näinud esimest kahest Star Treki filmist esimest? Kirk (Chris Pine), Sulu (John Cho) ja punane särk esitavad selles filmis midagi tõeliselt vinget: nad hüppavad kosmosest alla planeedile, mida põhimõtteliselt kaitseb vaid mõni ülikond.

Minu küsimus (ed): Kas on võimalik hüpata tegelikust kosmosest alla Maale? Kui jah, siis kuidas? Millised on sellega seotud tegelikud probleemid? Kas seda on kunagi uuritud? Kui jah, siis milline oli tulemus?

Oletame minu küsimuse jaoks kaks stsenaariumi . Üks hüpe kosmose tegelikust servast 100 km kõrgusel ja teine ​​hüpe ISS-i ligikaudsest kõrgusest 400 km . Mõlemad hüpped toimuvad fikseeritud asenditest Maa pinna suhtes ( mitte orbiidilt, põhjus). Kujutage ette, et keegi teeb hiiglaslikust tornist baashüppe.

Intuitsioon ütleb mulle, et kiire aeglustumine atmosfääri sügaval ei oleks isegi probleem. Häda peaks tulema hõõrdumisest põhjustatud kuumusest ja selle „kõrvaldamisest”, kuigi ma pole selles kindel.

Sellele küsimusele konteksti andes esiteks oli Project Excelsior, kus Joseph Kittinger tegi sarnaseid hüppeid, nende hulgas üks 31,33 km kõrguselt. , 1960. Selliseid täiendavaid hüppeid juhtus projektide Red Bull Stratos raames, mille käigus Felix Baumgartner hüppas 2012. aastal maksimaalsest kõrgusest 38,97 km. Mõlemad projektid hõlmasid definitsiooni järgi hüppeid Maa atmosfääri täpsemalt stratosfäärist. Kuigi mõlemad langevarjurid kogesid virtuaalse vabalangemise üsna pikka etappi, enne kui nad „atmosfääri” jõudsid, nagu nad seda kirjeldasid.

Mõni aeg tagasi pidin tegelema kõlavate rakettidega . Mootorlennuga otse umbes 100 km ja vabalangemisel kohe uuesti otse alla. Temperatuuri mõõtmised väliskestal näitasid tagasipöördumisel maksimaalselt umbes 250 ° C +/- 50K, kuigi temperatuur oli apogees juba kiirusega ülespoole sõites jõudnud umbes 70 ° C-ni. Kaevasin allakäigu kiiruse ja aeglustuse näitel ja tegin joonise, siin see on:

free fall from 87 km and (re-) entry

On ainult 87 km pealt, kuid see peaks trikki tegema. Objekt oli umbes 2,5 m pikkune ja 0,3 m läbimõõduga silinder, mis kaalus midagi vähem kui 100 kg (kaal ja mõõtmed on inimese kehaga veidi sarnased). Jah, see kukkus küll. Umbes 6km kaugusel on näha langevarju avanemist. Tipptaseme aeglustus langemisel oli umbes 5,5 G inimese piirides, et inimene saaks ellu jääda. See sisaldab ühte G-d, mida kogete siin Maa pinnal. Olge ettevaatlik üle 60 km pikkuste andmetega - need on GPS-andmed, mis imevad suurel kõrgusel ja suurel vertikaalsel kiirusel. Kui keegi on sellest huvitatud, olid raketid täiustatud Orions.

Suurepärane küsimus. Olen alati arvanud, et juhtum seda orbiidilt teha oli eriti huvitav. Mingi minimaalne summa deorbiti impulssi, mida rakendati isiklikule tagasipöördumise hagile. Heinleini Tähelaeva väeosad said aru.
Tegelikult ei teki soojuse taassisenemise ajal hõõrdumine, vaid tihendamine.
On kohutav, kuidas inimesed lihtsalt hindavad numbreid, näiteks "10 km" jne. Kavandatakse küsimusele lisatud tegelike andmete põhjal!
Seotud teemal on [see küsimus maailmaehituse kohta] (http://worldbuilding.stackexchange.com/questions/27925/skydiving-from-a-space-station/27940#27940).
Maailmarekordiline vabalangemine on praegu 128 km: https://www.youtube.com/watch?v=FHtvDA0W34I
@MagicOctopusUrn Felix Baumgartner hüppas 128k * jalalt *, s.o 39 km;) Samuti hoidis ta rekordit ainult kaks aastat: praegune rekordiomanik on Alan Eustace. Ta hüppas 136k jalalt, veidi enam kui 41 km.
@s-m-e kes kurat mõõdab kaugust tuhandetes jalgades? Vabandage mu prantsuse keelt. Aga jah, piisavalt õiglane; Nägin 128k ja Eeldati km ...
Viis vastused:
#1
+30
Rory Alsop
2013-07-20 03:45:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

selle küsimuse lehelt Füüsika.SE:

Kuid peale selle pole ühtegi põhjust, miks meest ei saaks Jupiteri tagant lobbida, tehke aeglustatud silmus ümber Kuu ja seejärel keerake mööda Maad ... antud imeline ülikond, mis peab vastu atmosfääri sisenemisele.

Siit Felix Baumgartneri küsimusest:

Pange tähele, et isegi kui ta hüppaks lõpmatusest, saavutaks ta Maa jaoks ainult põgenemiskiiruse, mis on 11200 m / s, nagu ka kõige aeglasemad meteoroidid. Ma arvan, et piisavalt hea (ja jahutatud) ülikond, mis on inspireeritud NASA rakettidest, võib olla võimeline inimest kaitsma selliste suhteliste kiiruste eest, kuigi üldiste pindade puhul hakkaksid nad pinnal peaaegu kindlasti põlema.

Siiski poleks meeldiv atmosfääris sellistest kiirustest aeglustada. ;-) Näete, et kui kiirust 10 km / s kiirusest 0 km / s ühtlaselt aeglustada 10 km atmosfäärist läbi lennates, võtab atmosfääri läbitungimine umbes 2 sekundit. Kahe sekundiga kiiruse 10 km / s kuni 0 km / s jõudmine tähendab, et aeglustus on 5000 m / s / s ehk 500 g. Ma arvan, et isegi tema ei suutnud seda üle elada. ;-)

Nii et huvitav teave, mida ma nendelt kahelt saan, on see, et teie trajektoor saab olema võtmetähtsusega. Te ei saanud otse sisse kukkuda, nii et nagu kosmosesüstik, peab teil olema pikk libisemisrada. See annab teile väiksema hõõrdumise, mis viib madalama g-koormuse ja madalama temperatuurini. Ilmselgelt vajate siis rohkem varustatud õhku - kuna see võib võtta aega ja teie ülikonnal võib-olla paksem ablatiivmaterjal (mul pole selle kohta numbreid, kuid kuigi temperatuurid võivad olla veidi madalamad, on teil siiski kostüümi sisu kaitsmiseks tühjendamiseks)

Selle libisemiskalde haldamiseks võib vaja minna tiibasid või muid juhtpindu.

Tegelikult - parem oleks kapsliga ...

Aitäh vastuse eest. Noh, kapslid on igavad ja Kirkil pole tiibu :-) Küsin staatilisest asendist - otse alla - ülikonnas lihtsa langevarjuhüppe kohta.
@ernestopheles: Sel juhul ei ole vastus EI. Lähete vastu paksemaid õhukihte. Peate liikuma alla, vähendades oma orbiiti järk-järgult.
@SF. Lisasin mõni aeg tagasi küsimusele süžee. Ma ei nimetaks seda * splatiks *. Aeglustumine koguneb üsna sujuvalt üleelatavale tasemele. Olen hõivatud 400 km languse kohta andmete otsimisega. See peaks välja nägema sarnane, vaid veidi suurema tippkiirusega.
@ernestopheles: 360 km vabalangemist atmosfääri kohal viiks umbes 2650 m / s. Siis lähima 25 km jooksul kaotaksite kogu selle kiiruse. See on keskmiselt umbes 14g * sel perioodil. Võite olla üsna kindel, et tippkiirendus oleks tunduvalt suurem ja AFAIR, 8 g on üle elatav "püsiv", 12 g lühikeste impulsside korral, 14 g põhjustab olulisi vigastusi ... Teie puhul on keskmine aeglustus selle kriitilise 25 km juures 1,6 g, tipp - 5,5 , võite siin eeldada sarnaseid proportsioone, ligikaudne hinnang - 48g, mis vastab kindlasti "splat" määratlusele.
@SF. Piisavalt aus, see põhimõtteliselt välistab 400 km stsenaariumi. Kui soovite selle kokku panna õigeks ja süsteemseks vastuseks ...
@Rory Meie meditsiinimeeskond toetas RBS-i ja avaldas dokumendi meie lähenemisest suurimale riskile; püsiv -Gz ekspositsioon lameda pöörlemisega: Pattarini, James M. jt. "Lame spinn ja negatiivne Gz kõrgel vabalangemises: patofüsioloogia, ennetamine ja ravi." Lennundus, kosmose- ja keskkonnameditsiin 84,9 (2013): 961–970.
#2
+17
PearsonArtPhoto
2013-07-20 04:50:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kuigi Rory vastus on lähedal, lubage mul anda mõned üksikasjad.

  1. Orbiidi kiirus on madalal Maa orbiidil umbes 7,8 km / s.
  2. Kui tiirleb, siis otse alla ei kuku. Seda lihtsalt ei juhtu. Tegelikult saavutaks maksimaalne kiirus minimaalse põletuse, mis viib teid atmosfäärist läbi üsna aeglaselt.
  3. Hakkate aeglustuma umbes 50 km kõrgusel, kuhu sisenetakse uuesti tõesti algab.

Seega tuleb arutada kahte stsenaariumi.

  1. Otse alla lähenemine - mõelge Felix Baumgartneri vabalangemiste rekordile 39 kilomeetrit ( 24 miili), kuid umbes 500 km kõrge.
  2. Aeglane lähenemine - see sarnaneks pigem kosmosesüstikuga.

Otse alla lähenemine- Kuidagi asute kosmosejaamas ja peate katkestama. Teil on ainult rakett ja mitte ühtegi kosmoselaeva. Nii et tulistate orbiidi kiiruse peatamiseks piisavalt ja kukute otse alla. See sündmuste jada on üsna ebatõenäoline, BTW.

Teie maksimaalne kiirus oleks tõenäoliselt umbes 2000 m / sekundis. Oletame, et tabasite atmosfääri 10 km kaugusel, mis annaks teile 10-sekundilise aeglustusaja. See on umbes 20 g kiirendust, mis ei ole piisav teie tapmiseks, kuid see ei oleks meeldiv kogemus.

Teises kukute vertikaalselt vaid veidi. Teie G-jõud poleks midagi muud kui kosmosesüstik. Eeldatavasti, kui suudaksite ülikonna just sobivaks kujundada, siis see töötaks, kuid tõenäoliselt oleks see äärmiselt raske ja riskantne. pigem ohtlik. Kõige raskem oleks alustada orbiidilt eemaldamise manöövrit ja ehitada ülikond õigesti.

Palju tõenäolisem on võime ellu jääda katkestatud stardis, nagu Challenger. Võimalik, et liigute väga kiiresti või kiiresti, kuid seda tüüpi asju juhtub pigem atmosfääri sees, mis aeglustab teid märkimisväärselt.

Jällegi vastuseks thx. Ma tegelikult ei küsi, kuidas võiks sellise hüppe jaoks olukorda saada või selle tõenäosust. Ma ei taotle orbiidilt vabastamist. Ma saan mõned numbrid oma kalkulaatorisse lüüa, ignoreerida atmosfääri takistust (üle '10 km ') ja jõuda umbes 2000 m / s. Kuid see kuidagi ei vasta minu küsimusele. Intuitiivselt võivad minu küsimuses kirjeldatud hüpped kuidagi toimida, selles saame loodetavasti kokku leppida - vähemalt ruumi "tõelisest" servast. Nii et see vastus on lihtsalt liiga lihtne.
@ernestopheles: Ma väidan, et vastan küsimusele. LEO-st hüppamine on umbes kõrgeim, mida ma kunagi ette kujutaks, kui keegi hüppab, nii et see peaks pakkuma teile üsna korraliku koha alustamiseks.
#3
+13
Mark Adler
2013-08-26 11:45:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Muidugi. Miks mitte. Muidugi soovite mingit soojakilpi.

Skysurfing human weight-shift steered entry vehicle

Või see praktilisem kujundus:

Paracone

Või see varasem, vähem veenev kontseptsioon:

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

Näib, et kukkumine $ 100 \, km $ tornist on G-de osas üle elatav. Eeldasin, et inimene on 100 dollarit \ kg ja inimene 2 dollarit, m dollarit, 100 dollarit, kilot ja muud varustust. Eeldades nüri keha $ C_D $, saan ballistilise koefitsiendi umbes $ 40 {kg \ üle m ^ 2} $. Integreerides need kukkumised läbi tavapärase atmosfääri ja gravitatsiooniga, mis varieerub kõrguse järgi, saan maksimaalseks kiiruseks $ 900 \, {m \ over s} $ ja maksimaalse kiirenduse $ 2.8 \, G $. kukkumine $ 400 \, km $ tornist on problemaatiline. Siis on maksimaalne kiirus $ 2400 \, {m \ over s} $, maksimaalse kiirendusega $ 16 \, G $. Ballistilise sissekande jaoks ei saa te seda tegelikult palju alla $ 14 \, G $, optimaalse $ C_D $ väärtusega umbes $ 7 {kg \ üle m ^ 2} $ (palju suurem soojakilp). Võib-olla saaksite mõne tõste abil leevendada G-jõude, kuid siis pole kukkumine enam otse alla.

Hea vastus, aitäh. Matemaatika on tõesti huvitav. Teie tulemused 100 km stsenaariumi jaoks on samas suurusjärgus kui need, mida ma nägin koos helisevate rakettidega. See paneb mind mõtlema, et ka teie 400 km stsenaariumi tulemused on õiged, muutes selle praktiliselt võimatuks ...
Unustasin mainida, et tegelikule kiirendusele peate lisama $ 1 \, G $, et saada seda, mida õnnetu sõitja tunneb. Seega on talutavad kiirendused vastavalt 3,8 dollarit \, G $ ja 17 dollarit \, G $.
Tundub, et teine ​​tüüp siseneb uuesti kartulisse
#4
+10
aramis
2013-07-24 14:14:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ulmekirjandus on näidanud mitmeid huvitavaid võimalusi tagasituleku üleelamiseks, eriti kas ülikond, millel on suur termiline koormus, või ablatiivkilp, millega üks sõidab.

Teadusfaktil on veelgi rohkem huvitav võimalus: süstiku režiim. Sulgpalli süstlasest inspireerituna kasutab Scaled Composites seda kosmoseaparaadi SS1 ja SS2 taastusrežiimina; SS1 tõusis tasemele, kus atmosfäärist ei olnud enam kasu, et mõjutada veesõiduki suhtumist.

Sulgurklapi tekitamiseks võiks kasutada laiendatavate labade süsteemi; kõrge paisuvaht või -gaas valtsitud torudesse võib tekitada kena suure draamiefekti ja hoida hõõrdetaseme sobiva astrolangevarjuri jaoks termilise ohuna.

Küsimus on selles, et ei siseneta piisava kiirusega kahjustada drage'i ja / või astrolangevarjurit.¹ Ja see on orbiidilt eemaldamise küsimus.

Samamoodi on A.C. Clarki teoses 2010: Odüsseia 2 näidatud täispuhutav Aerobrakingi kilp pärit tegelikust ettepanekust NASA-le (Clarki poolt, kui ma õigesti mäletan). NASA jõudis lõpuks idee katsetamiseni 2012. aastal... IRVE-3 läbis esialgsed testid umbes aasta tagasi - juulis 2012.

Kombinatsioon täispuhutavast kilbist suure kiirusega osa² ja seejärel sulgpallidogoogid pärast aeglustumist piisavalt, et atmosfäär ise vigastada ei saaks. Lõpuks maandumiseks mõeldud langevari võib teha hüppe LEO-st või isegi GTO-st üleelatavaks. See, kas platvormil on evakuatsioonisüsteemina praktiline kaal või mitte, on veel kahtlane, kuid tehnoloogia on olemas.


¹: Pange tähele, et antud juhul on kiirus puhtalt atmosfääri suhtes. Orbiidi kiirus on madalal orbiidil umbes 7,8 km / s; pinna kiirus ekvaatoril on umbes 0,46 km / sek. Nii et see on märkimisväärselt suur kiirus: umbes 7,3 km / sek.
Pange tähele: Kittingeri ja Baumgartneri suhteline kiirus oli nullilähedane õhusõidukist kergema kasutamise tõttu. Iga kiirus alla 0,1 km / s ei ole probleem - 360 km / h pole liiga suur probleem ja draakon saab sellega ka rohkem hakkama.

²: See on mõte, olles endiselt ülal pinna kiirus, kuid siiski väiksem kui orbiidi kiirus.

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

Kui loen küsimust õigesti, on see küsimus, kui keerulised on inseneriprobleemid.

Arvestades küsimuse enda andmeid (hämmastavalt kasulik), hoiab tegelik küsimus ära kukutatavat inimest muljumast / süttimast. Usun, et õhu tihedus ja küsimuse vaim takistavad tõhusat langevarjuhüpet suurel kõrgusel. Teie hüppaja läheb mõnda aega vabalangemisele, aeglustub atmosfääri sattudes, seejärel avage arvatavasti traditsiooniline langevari (tavapärase terminalikiiruse korral) ja maanduge ohutult.

Löömine atmosfääri pärast vabalangemist on kõlav rakett või inimene pole surmav (purustades), ehkki ebameeldiv. 5 g on täiesti üle elatav, isegi ilma vastumeetmeteta.

Nii et hingamine (mitte liiga raske, vaid veidi hapnikku) ja õhu kokkusurumisest tulenevad kuumutusprobleemid. Kuumakaitsekonstruktsioonide ülesanne on tegelikult maksimeerida takistustegurit ja minimeerida soojuskoormust, nii et kui olete nõus tooma keraamilistest komposiitidest valmistatud kelgu, et lükata õhk teelt kindlasti ära. (Võiks olla rihmaga selga kinnitatud. Kujutage ette ninjakilpkonnat, kes lamab selili, jalad ja käed sirgelt ülespoole). Kui soovite sukelduda pea ees Kapten Kirki stiilis, peab teil olema mitte ainult vaatepaneel. See võib olla võimalik, kuid see ei oleks ohutu.

Kui aga soovite väärikust ohverdada, võib minu hinnangul olla aeroselliga selili lamamine täiesti praktiline viis geostatsionaarselt langemiseks. orbiidil.

Teie esimese ja teise lõigu nael, milles küsimus on :-) Täname vastuse eest ja tere tulemast siia. Ma ei välistaks täielikult kõrgel langevarjureid. Seal on head asjad, mis toimivad suurel kiirusel ja õhukeses atmosfääris - vaadake viimaseid Marsi maandumisi. Teie väide sarnaneb sellega, mida ütleb minu sisetunne. Noh, see on intuitsioon, milles on asi. Kuid kas seda on kunagi uuritud? Kas keegi on tegelikke numbreid arvutitesse löönud või mõnda projekti kavandanud või testinud?


See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...