¿Cómo se vería si un avión o una nave espacial intentara girar en el espacio, en comparación con la atmósfera, suponiendo suficiente potencia de propulsión y combustible?

Ciertamente, no se vería como lo hace en muchos programas de televisión de SF que no tienen en cuenta la precisión en la física.

Una cosa a tener en cuenta es que, al maniobrar en el espacio, en realidad estás cambiando de órbita. Incluso si no está en órbita terrestre, todavía está en órbita, y a menos que su nave espacial esté en una trayectoria de empuje constante, es probable que viaje en una órbita elíptica alrededor de algo: la Luna, el sol o cualquier objeto que sea el principal contribuyente gravitacional a su órbita.

Los ingenieros aeroespaciales y los astronautas no hablan de “hacer un giro” en el espacio, sino que hablan de “delta-v”. Delta-v es un cambio en la velocidad, que puede ocurrir cambiando la dirección de viaje o cambiando la velocidad de viaje. Entonces, lo primero que debe saber es en qué dirección viaja actualmente y qué tan rápido. Hay varias formas de medir su velocidad en el espacio: guía de inercia, navegación celestial, radar o láser, u otras técnicas.

Supongamos que sabe cuál es su velocidad actual y cuáles son sus parámetros orbitales. (Recuerda, estás en órbita alrededor de ALGO). Para mover una nave espacial, no solo “gira y quema”, sino que realiza una maniobra orbital. Puede cambiar su dirección de viaje o su velocidad de viaje, o ambas.

Para cambiar su velocidad, debe saber algo sobre la capacidad de empuje de su motor. ¿Es regulable (puede elegir la cantidad de empuje a aplicar), o está encendido o apagado? ¿Cuánto quieres cambiar tu velocidad? ¿Quieres aumentarlo o disminuirlo? ¿Cuál es la masa actual de su vehículo espacial? ¿Cambiará la masa al usar el motor? ¿Cuánto cuesta? ¿Cuánta aceleración puedes soportar? Usaremos Newton para la maniobra delta-v, y Newton también necesita saber todo esto.

Usarás buen ol ‘F = ma, pero en una forma ligeramente diferente:

F (dt) = d (mv)

Terminaremos (a través de la magia del cálculo – Newton nuevamente) con una ecuación para nada menos que delta-v:

delta-v = v (sub-rel) ln (Mo / M1)

Esta gema es la ecuación de Tsiolkovsky (o la ecuación ideal del cohete si eres fóbico ruso). Necesita saber cuánta masa va a expulsar (en combustible de cohete), qué tan rápido la va a tirar (v (sub-rel)) y la masa total inicial de su vehículo, y puede calcular delta-v. Sin embargo, por lo general, usted decide qué delta-v necesita, y eso le indica cuánto tiempo debe quemar su motor a un índice de flujo másico específico.

¿Complejo? Solo está cambiando la velocidad linealmente: para cambiar la dirección, debe reorientar su nave espacial (utilizando propulsores de control de actitud, giroscopios o ruedas de impulso) y aplicar el empuje en una dirección diferente a la que está viajando actualmente. ENTONCES, debe vincularlo todo con la ecuación de aceleración vectorial tridimensional para descubrir si lo hizo todo correctamente.

MUCHO más difícil que el trabajo con el palo y el timón en una aeronave, pero los mismos principios fundamentales: ciencia e ingeniería.

O dicho de otra manera: F = ma, y ​​no puedes empujar una cuerda.

Dos respuestas diferentes Las aeronaves dependen de la capacidad de cambiar el flujo de aire alrededor de sus alas y fuselaje para cambiar de dirección. Levante en un ala y menos en el otro, además de una redirección de la cola provoca un giro bancario. No puedes hacer eso en el espacio, no hay aire. Las naves espaciales, por otro lado, usan propulsores que alteran el vector de la nave desde su dirección actual mientras están empujando. Quiere girar a la izquierda, disparar un propulsor delantero derecho y uno posterior izquierdo. Invierta eso cuando quiera dejar de girar, porque la inercia en el espacio sin aire para frenarlo lo mantendrá en esa dirección. Los luchadores X-Wings y TIE en Star Wars vuelan como si estuvieran en la atmósfera (lo que no funcionaría). Aquí hay una opinión más experta que la mía: The Physics of Space Battles

Joseph Shoer es un Ph.D. candidato en ingeniería aeroespacial, estudiando cómo se pueden ensamblar naves espaciales modulares y esperando que sean los telescopios y vehículos de exploración humana del futuro, y no por aplastar los sueños de los colonos marcianos.

Si un avión en el espacio intentara girar, no pasaría nada. Los motores a reacción no funcionan sin aire para soportar la combustión, y las superficies de control en una aeronave también necesitan aire para funcionar. Un chorro en el espacio es esencialmente un ladrillo gigante que cae.

Las naves espaciales que están destinadas a maniobrar en el espacio generalmente tienen propulsores muy grandes en la parte trasera que están destinados a grandes cambios de velocidad, y propulsores muy pequeños tachonados en toda la nave que están destinados a cambiar la orientación de la nave. Todos estos propulsores funcionan en el espacio porque la nave espacial trae su propio oxígeno para apoyar la combustión. Una nave espacial dispararía sus aviones de maniobra y rotaría toda la nave mientras aún viajaba en su dirección de movimiento original, luego los dispararía brevemente nuevamente en la dirección opuesta para detener la rotación (de lo contrario, seguiría girando para siempre), luego dispararía su propulsor principal para cambiar su dirección y velocidad.

Sin embargo, en el espacio no llegas a ningún lado empujando en la dirección que quieres ir. La nave ya tiene una velocidad significativa propia, por lo que si desea girar, generalmente va a empujar más allá de donde quiere ir y dobla suavemente el arco de su viaje en la dirección deseada. Dependiendo de si está orbitando un cuerpo más grande (como un planeta), o si espera pasar cerca de uno en sus viajes, también puede viajar hacia el cuerpo en lugar de hacia su destino, luego deje que la atracción gravitacional del planeta lo balancee. en la direccion deseada.

Elegir tu dirección en el espacio es realmente bastante complicado, y la rama de la física que se ocupa de ella se conoce como astrodinámica (o más comúnmente, mecánica orbital).

En el espacio, el jet haría que sus aletas se movieran hacia arriba por un lado y hacia abajo por el otro, y no lograría nada.

En la atmósfera, también ajustaría sus aletas, y luego rodaría un poco hacia los lados, luego se iría hacia arriba.

Una nave espacial tendría una explosión de gas saliendo de uno de sus propulsores, empujando la nave hacia el otro lado. Esto funcionaría tanto en el espacio como en el aire.

Esta es una pregunta extremadamente compleja, muy compleja para una respuesta. Vea, la atmósfera funciona junto con las leyes de la aerodinámica, mientras que en el espacio prácticamente no hay fuerzas que afecten la aerodinámica de una nave. Hay varias aplicaciones que son divertidas de jugar y pueden demostrarle la diferencia, suponiendo que haya visto un cambio en el plan antes. Pruebe la aplicación llamada Space Agency o mire un video de YouTube sobre la diferencia. La única razón por la que digo esto es porque incluso una versión simple de su respuesta sería prácticamente un ensayo.

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