Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
DTU sat blog hoved

Rumroulette - lidt om rumstationer (opdateret 2/4)

Nu er jeg et par gange blevet spurgt af medier om jeg vil fortælle lidt om Tiangong-1's snarlige genindtræden i Jordens atmosfære. Her følger lidt baggrunds research.

Rumstationer.

En rumstation er et fartøj i kredsløb om fx. Jorden hvor astronauter kan opholde sig gennem længere tid, arbejde i og hvor man i udgangspunktet kan rejse til og fra. Det kan altså sammenlignes lidt med et laboratorie for videnskabfolk, men i fremtiden også være en "banegård"/venteværelse for rejser med andre fartøjer længere ud. At sende mennesker op til rumstationer i lav jordbane (vi har ikke haft rumstationer andre steder endnu) lærer os om hvad ophold i rummet gør ved menneskekroppen, hvilke teknologier det kræver og hvordan de skal bruges. Ligeså vigtigt giver det også mulighed for at udføre laboratorieeksperimenter i et vægtløst miljø.

Historie

De første spæde skridt startede i 60'erne med det amerikanske Gemini og sovjetiske Vostok program - som fokuserede på at rejse til månen og de udfordringer det medførte. Efter månelandningerne blev SkyLab sendt op med en Saturn V raket i 1973. SkyLab vejede 77 tons, noget med mere end Tiangong-1's 8,5 ton. Da det genindtrådte over de sydlige Indiske ocean i 1979 var det faktisk en kontrolleret proces, alligevel ramte dele af rumstationen det vestlige Australien. Endnu bedre gik det da Mir kom ned. Den godt 130 ton tunge rumstation blev bragt ned over det sydlige Stillehav. For mit eget overbliks skyld lavede jeg et skitse vha. Excel Y-aksen viser baneplanshøjde, X-aksen er årstal. I praksis er der tale om elipsebaner med apoapsis og periapsis (apogee og perigee på engelsk) så i virkeligheden burde linierne ikke være vandrette, men svinge op og ned - det er en skitse.

Illustration: René Fléron

Tiangong

Taingong-1 blev sendt op i 2011. Baneplanet hælder 42,7° i forhold til ækvatorialplanet og havde en apoapsis (højeste punkt i en elipseformet bane) på 362 km. Baneplanets hældning afgør hvor rumstationen kan ramme. Det kan ikke blive nordligere eller sydligere end baneplansvinklen. Jeg har lavet en lille skitse der viser hvilken del af Jorden der er tale om.

Illustration: René Fléron

Jeg har indsat en graf der viser rumstationens vej mod periapsis, pt er den omkring 5°N. Hvis ikke den tykkere og tykkere restatmosfære flytter det punkt er det sandsynligt at rumstationen styrter ned omkring 5°N. Trækkes apoapsis ned mod periapsis - altså bliver elipsen mere cirkulær bliver det vanskelligere at forudsige hvornår den begynder at brænde/smelte.

Danmark starter ved 54°33'N vi er altså uden for farezonen. Nu har kineserne været sparsomme med oplysninger om hvad rumstationen består af, men at dømme fra billederne i denne artikel kunne momenthjul måske være massive nok til at overleve turen ned. Ligeledes kan man forestille sig dele af raketmotorer kunne overleve.

Gæt

Jeg har forgæves søgt efter en bookmaker, der tog imod bud på nedfaldssted eller tid, måske en læser kan finde en. Mit eget back-of-the-envelope bud i dag (d.26.) i radioen var omkring d. 4. april, men det er nok lidt for længe spørger man sagkundskaben hos ESA. De gætter på et sted mellem 30. marts og 2. april. Nu har jeg lavet en lille figur som kan opdateres hver dag. Apoapsis for d. 25. er baseret på hukommelsen.

De indsatte værdier for periapsis og apoapsis er taget fra N2YO, deres data hentes fra AFSPC (Air Force Space Command). Værdierne opdateres løbende og jeg henter dem ikke på samme tid hver dag hvilket kan forklare hvorfor grafen ser ud til at have "knæk". Ved at studere N2YO har jeg fundet periapsis til at ligge omkring ækvator nordgående - dermed har jeg også kunnet opdatere baneplansfiguren ovenfor og angive hvor det er mere sandsynligt Tiangong vil ramme og hvor det er mindre sandsynligt.

31-3-18: Som det ser ud nu når banen at blive cirkulær, dermed er det åbent ved hvilken breddegraden genindtrædelsen vil ske. Sammenligner man iøvrigt periapsis og apoapsis værdierne med den aktuelle højde simuleret på N2YO fremgår det at dataene ikke stemmer over ens. Den aktuelle værdi ligger ikke i intervallet for periapsis og apoapsis, det vil sige at grafen nedenfor i virkeligheden viser data, der er ældre end dér hvor de er angivet (på x-aksen).

Illustration: René Fléron

Live tracking

Alle der ønsker at følge rumstationens færd kan følge med på www.n2yo.com. Tiangong-1's "nummerplade" (Cospar ID) er 2011-053A, alternativt kan man bruge Norad's ID: 37820.

Lidt banematematik

Inspireret af Svend Ferdinandsen kommentar nedenfor er her lidt af den matematik som kunne give et bedre nedfaldsestimat - givet at man kender parametrene godt nok. Energien (epsilon) i en satellit/rumstation kan udtrykkes ved µ og den halve storakse (a) som angivet i udtrykket. µ beregnes som gravitationskonstanten, G, gange masserne af henholdsvis jorden og rumstationen, i praksis blot jorden da rumstationens masse er negligibel i forhold til jorden.

Illustration: René Fléron

Det er altså den energi der skal opbruges og afsættes som varme ved at gnide mod residual atmosfæren. NASA har udgivet et katalog over atmosfæretrykket og densitet som funktion af højden over jordoverfladen, men atmosfærens tykkelse i satellitbanehøjder afhænger af solens aktivitetsniveau. Derfor kan tallene ikke bruges uden at korrigere for solaktivitet.

Luftmodstanden giver altså anledning til en decellerende kraft, den kan beregnes ved hjælp af nedenstående formel. Rho er residual atmosfærens densitet, A er rumstationens tværsnitsareal – det der gennemstryger residual atmosfæren, C er ”luftmodstandskoefficienten”, V er rumstationens hastighed i forhold til atmosfæren. Sidste led giver retningsvektoren for kraften. Fordi atmosfæren stort set drejer med jorden rundt – altså i ækvitorial retning - kan rumstationen opleve medvind, modvind og sidevind. I det aktuelle tilfælde er der tale om let medvind.

Illustration: René Fléron

Konklusion eller sidste gæt

Ved at følge N2YO mellem klokken 23:30 og 00:04 CET (altså Dansk sommertid) og notere positioner, plotte på et Google map (online) klippeklistre med div tegneprogrammer, regne lidt på banen samt bruge seneste estimat fra ESA/Fraunhofer er jeg kommet frem til det sidste estimat. Det har taget så længe at den allerede kan være brændt op, men her er det så, kl: 01:34 CET sommertid, 2/4-2018:

Illustration: René Fléron

Tiangong burde begynde at brænde op langs én af de røde stiplede linier, med størst sandsynlighed for den fede streg i midten af skraveringen. At lave flade kort over kugler (jorden) er ikke nemt - derfor er der nogen af linierne, der ikke mødes hvor de burde mødes.

Det lader til at Tiangong faldt ned i et område hvor andre satellitter før har mødt deres endeligt.

René Fleron er civilingeniør på DTU Space og leder af DTUsat-projektet.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Regner man med uelastiske sammenstød med molekulerne eller en eller anden mellemting, når man skal vurdere det "drag" den er udsat for?

Det andet spørgsmål er om modstanden egentlig vil gøre banen mere cirkulær med tiden, hvis den ikke er det fra begyndelsen. Min mavefornemmelse siger at det sker, men min mave har ikke rejst så meget i rummet.

  • 0
  • 2

Følger situationen for USA's regering mv:

http://www.aerospace.org/cords/reentry-pre...

Deres resultater er temmelig identiske med ESOs indtil videre, men efter sigende har de en bedre model ved "high-drag scenarios".

Spørgsmålet er om de har adgang til den nødvendige detaljegrad af geometri&materialer i dette tilfælde.

(Og hvis de har: Hvor har de fået informationet fra ? Har den ubemandede lille rumfærge været på foto-ferie ?)

  • 5
  • 0

Det er et godt spørgsmål, det er nemlig præcis viden om geometrien, der kan give den balistiske koefficient. Da vi havde vores første close encounter med DTUsat var det en Flock satellit der passerede med relativ lav hastighed - Flock satellitterne er dybest set et stort teleskop i en 3U CubeSat. Jeg plagede dem for at tage et billede af os, men det er am strengsten verboten at dreje Flock satellitterne så de kan gå på foto-safari blandt med-satellitterne.

  • 5
  • 0

Ja luftmodstanden vil cirkularisere en eliptisk bane jeg har fundet en youtube video der viser en simulering for en stærkt eliptisk bane: https://m.youtube.com/watch?v=tOfUaGBIou8.
For Tiangong er forskellen mellem apoapsis og periapsis dog ikke ret stor, nogle kilometer, så jeg tænker ikke at det når at manifestere sig særligt tydeligt før det er slut.

  • 2
  • 0

For et objekt omkring Jorden får jeg ca. 25MJ/kg der udløses ved tilbagevenden. Det er stort men dog håndterbart ved smeltning/fordampning af et skjold. Det svarer til omkring 7 kWh, men udløses i løbet af meget kort tid, så effekten bliver stor men kortvarig.

  • 0
  • 0

Tallene i dag et bestemt sted (største højde på nordlige halvkugle).

08:00 - 191.76 km
09:30 - 191.13 km
11:00 - 190.64 km
12:28 - 190.16 km
13:55 - 188.85 km
15:24 - 188.29 km

Falder altså noget der ligner en halv kilometer per omgang (halvanden time). Jeg har læst noget med at det tidspunkt hvor det begynder at gå helt galt er omkring 150km. Er der nogle der har en ide om dette.

  • 2
  • 0

Nej den flyver rundt i et elliptisk orbit, så højden stiger og falder alt efter når man kikker. Hvis man kun kikker I få minutter på et stigende tidspunkt virker det umuligt da den ikke har mere brændstof, og kikker man på et faldende - så er det med at komme i dækning (hvis man er sydpå). Men analyserne bliver skubbet længere og længere ud. Nu vist

Men tager man et par checkpunkter på 2 på hinanden efterfølgende ture. F.eks ækvator og toppunktet på nordlig og sydlig halvkugle - så er der en faldende tendens. Jeg har ikke lige fulgt helt med I dag, men det ligner vi er oppe på 3/4 km's fald per runde.

Analyserne for crash bliver skubbet længere og længere ud i fremtiden. I går var det 1 april kl 14 +- 12 timer. I morges kl 16 +- 9 timer. Eftermiddag kl 20 +- 8 timer, og nu 23:30 +- 7 timer.
De kinesere kan altså bare noget når det gælder om at holde tingene flyvende.

  • 0
  • 0

Nej den flyver rundt i et elliptisk orbit, så højden stiger og falder alt efter når man kikker.


På denne side kan man se fem og tilbage i tiden. http://www.satflare.com/track.asp?q=37820&...
Det ser ud til at det bliver sent søndag aften. Hvis det bliver lidt før kunne den droppe ned i Kina.
Lidt til energibetragtningen. For hver meter lavere skal den af med 10J/kg i potentiel energi, men de 5J omsættes til mere hastighedsenergi, så du skal "kun" slippe af med 5J/kg for hver meter lavere banehøjde. Faktisk meget enkle faktorer for satellitter i lav bane.
Ved højere bane er tyngdekraften lidt mindre så ændringen bliver mindre.

  • 0
  • 1

Ja, men de er baseret på modeller. Det er ikke så tit de får opdateret modellerne med reelle målinger. Derfor er der også stadig omkring to timers usikkerhed i tidspunktet svarende til næsten halvanden gang rundt om Jorden.

  • 0
  • 0

Det var så åbenbart fake news!

Tiangong-1 siges nu, at være faldet ned over Stillehavet lidt tidligere end sidste forudsigelse, og før min sidste post.

  • 1
  • 0