¿Podemos construir un exosuit para aterrizar un humano en un planeta?

Volvamos a lo básico por un momento. Necesito hablar sobre velocidades de escape que son muy mal entendidas.

La velocidad de escape es su velocidad instantánea en un punto particular en el que necesita viajar para escapar de los efectos de la gravedad de ese planeta sin gastar más energía. Puedes escapar de la tierra a 60 mph si sigues quemando energía para mantener esa velocidad.

Catapulta una roca hacia arriba a 11,2 km / s de la superficie de la tierra (tenemos que ignorar la resistencia del aire para esto) y esa roca nunca volverá a caer a la tierra.

Sin embargo, catapulta nuestra roca hacia arriba a 11.0 km / sy eventualmente esa roca volverá a caer a la tierra y golpeará nuestra superficie terrestre libre de la atmósfera exactamente a la misma velocidad que dejó.

La velocidad de escape es una función de la masa del planeta y su distancia desde el centro. La velocidad de escape de la superficie de la Tierra es de 11.18 km / s, pero la velocidad de escape de la EEI ha bajado a 10.81 km / sy en la órbita geoestacionaria es “solo” 4.35 km / s.

¿Por qué el interés en las velocidades de escape? Debido a que la velocidad de escape a nivel de superficie también es la velocidad mínima que puede “aterrizar” en un planeta distante sin gastar ninguna otra energía para reducir la velocidad.

Su “exosuit” tiene que encontrar una manera de dejar que alguien aterrice en la tierra disipando la energía cinética como si viajara a 11 km / s. Esa es suficiente energía cinética que si se tratara de un cubo de hielo a cero absoluto (-273C) y toda la energía cinética se calentara, se calentaría a 0C, descongelaría, calentaría a 100C, herviría y calentaría. a más de 30,000 C (5 veces más caliente que la superficie del sol).

Ahora supongamos que encontramos un mecanismo de resorte perfecto. Eso de alguna manera logra proporcionar una desaceleración constante a lo largo de la longitud completa de compresión y almacenar toda esa energía para su uso futuro y anclarnos a la superficie tan pronto como dejamos de movernos, entonces si tuviéramos que diseñar para una desaceleración máxima de 10 g, entonces nuestro exosuit el muelle de aterrizaje debe tener 600 km de largo y debemos poder sobrevivir 10 g durante casi 2 minutos a medida que disminuimos la velocidad.

Incluso la caída libre sobre la luna nos da una velocidad de impacto de 2.4 km / sy eso requeriría una longitud perfecta del muelle de aterrizaje de aproximadamente 29 km.

Creo que ya debería haber tenido la idea de que la idea de un exosuit para aterrizaje planetario no es del todo posible.

Según su propio comentario, hacer lo que está pidiendo requeriría un traje muy grande o algo muy largo que se extienda desde él.

Respondí una pregunta similar sobre el uso de plástico de burbujas para sobrevivir a una caída de un avión. El resultado fue que si te caes por el aire, realmente quieres un paracaídas.

En el aire en la Tierra, puede reducir la velocidad terminal de su cuerpo a aproximadamente 50 m / s sin un paracaídas u otra forma de tener una gran superficie. Para aterrizar sin lesiones graves o mucha incomodidad, deberá limitar la aceleración de detención a menos de 10 m / s ^ 2.

Para detenerse a 10 m / s ^ 2 desde 50 m / s tomaría 5.0 s. Su velocidad de frenado promedio sería el promedio simple de 50 m / sy cero. Esto sería de 25 m / s. Con una velocidad de frenado promedio de 25 m / s durante 5.0 s, ¡viajaría 125 m mientras se detenía! Eso es alrededor de 400 pies.

Si aterrizaras en un planeta con poco aire, la situación sería mucho peor.

Disipar energía orbital en aterrizajes en planetas y grandes lunas y planetas enanos es algo que la gente ha estudiado mucho en los programas espaciales del mundo. No hay respuestas fáciles.

Ok, interpreté tu pregunta como:

¿Hay alguna manera de construir un exosuit, que, sin propulsores externos, permitiría a un humano sobrevivir a una caída desde la órbita?

Si esto no era lo que querías decir … bueno … maldición.


Un poco de malabarismo con las energías potenciales gravitacionales, etc. muestra que para un planeta de masa [matemática] M [/ matemática] y radio [matemática] R [/ matemática] – una caída desde una altura [matemática] h [/ matemática] sobre la superficie da el objeto una velocidad de:

[matemática] V = \ sqrt {2GM \ frac {h} {R (R + h)}} [/ matemática]

Para cuando llega a la superficie.

Todo eso está muy bien, pero entremos algunos números.

La Tierra tiene una masa de [matemática] 5.972 \ veces 10 ^ {24} kg [/ matemática] y un radio de [matemática] 6371km. [/ Matemática] Supongamos una caída desde una órbita geosincrónica ([matemática] 35,700km [/ matemáticas])

Esto le da a cualquier objeto caído a la superficie una velocidad de:

[matemáticas] V_superficie = 10,300 m / s [/ matemáticas]

O unos 37,000 kmh.

No hay nada en el universo que pueda hacer que un humano sobreviva a un impacto a esa velocidad.

La aceleración máxima tolerable en un ser humano durante cualquier período de tiempo es de aproximadamente 6 g, por lo que suponiendo que al impactar el traje logró excavar en la superficie, utilizando eso para ralentizar su progreso, la distancia mínima que tendría que hacer un túnel es de 902 km.

Entonces, incluso si hubiera alguna forma de desacelerar lentamente en el impacto … para no aplastar a la persona, la dejaría en el fondo de un agujero profundo de 900 km, momento en el que creo que podrían tener mayores problemas.

Necesita alguna forma de reducir la velocidad, ya sea propulsores, paracaídas (que solo son realmente útiles después de usar los propulsores para comenzar una reentrada controlada) o lo que sea, simplemente poner a un humano dentro de una máquina grande y soltarlo nunca va a funcionar .

Incluso si permite que su traje tenga propulsores, todavía necesita arrojar un [math] ΔV [/ math] de 37,000 kmh, lo que parece poco probable para un “exosuit”, como referencia, ¿puede imaginarse un exosuit acelerando a eso? ¿velocidad? No, es una velocidad ridícula. Por lo tanto, un exosuit por sí solo no podría ayudar a arrojar esa energía, necesita alguna forma de reentrada controlada, o algunos cohetes realmente grandes.