¿Podría alguien saltar desde la estación espacial internacional y vivir?

Question

Felix Baumgartner acaba de completar su impresionante salto en caída libre desde $120,000\,\text{feet} = 39\,\text{km}$ por encima de la Tierra, rompiendo la velocidad del sonido durante el proceso.

Me preguntaba si el siguiente paso podría ser saltar desde la estación espacial internacional. La persona tendría que superar la velocidad orbital de la estación, volver a entrar en la atmósfera terrestre y aterrizar en la Tierra con los pies, ayudada por un paracaídas.

¿Sería posible que un humano sobreviviera a semejante maniobra?

¿Podría la persona llevar un traje espacial como el que aparece en la película " Sunshine "? ¿Es posible un traje espacial así?

ACTUALIZACIÓN :

Me encontré con un interesante artículo de prensa sobre una empresa que está trabajando en una suite de paracaidismo que sobreviviría a la caída libre desde el espacio exterior.

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Answer 1

Como dicen otras respuestas, si alguien salta de la estación espacial internacional (ISS), seguiría estando en órbita alrededor de la Tierra, ya que la ISS viaja a 17.000 millas por hora (a una altitud de 258 millas).

En lugar de limitarse a saltar, imagina que el astronauta tuviera una mochila propulsora que pudiera anular esa velocidad de 17.000 millas por hora en muy poco tiempo (que tardaría 77 segundos a 10 Gs de desaceleración). Entonces, ahí está el astronauta, a 258 millas sobre la superficie terrestre, inmóvil y empezando a acelerar a 1 G hacia la tierra. En la web encuentro que muchos meteoros se queman a unas 30 millas por encima de la tierra, donde la atmósfera se vuelve lo suficientemente gruesa como para desacelerar el meteoro debido a la compresión del aire delante del meteoro y a la fricción del aire - esta compresión y fricción también calienta el meteoro y lo funde. Obsérvese que ésta es aproximadamente la altura desde la que saltó Félix.

¿A qué velocidad irá el astronauta cuando llegue a las 30 millas? La respuesta es que viajará a unos 10.000 kilómetros por hora (suponiendo que no haya fricción con el aire hasta llegar a los 50 kilómetros). Ahora bien, eso es aproximadamente 1/3 de la velocidad orbital y, cuando los satélites salen de órbita, necesitan un amplio blindaje térmico para evitar ser incinerados. Ese es el primer problema: un traje espacial normal no protegería al astronauta, sino que necesitaría un blindaje térmico muy importante, como el de una cápsula Mercury utilizada por el primer programa espacial tripulado de Estados Unidos. Así que no sería alguien que simplemente "saltara" de la ISS con seguridad.

Por ahora, asume que no está quemado de alguna manera. ¿Qué pasa con las fuerzas G de desaceleración? Cuando los satélites se retiran de la órbita, tienen que controlar cuidadosamente el ángulo en el que entran: si es demasiado bajo, podrían saltar de vuelta a la órbita; si es demasiado pronunciado, la carga térmica sería demasiado alta y la desaceleración también sería demasiado alta para sobrevivir. Sin embargo, nuestro astronauta cae directamente, ¡perpendicular a la atmósfera!

Esto es sólo una suposición, pero si tiene que desacelerar de 6000 MPH a una velocidad terminal de algo así como 600 MPH en unas 5 millas más o menos, las fuerzas G serían algo así como 30 Gs, por lo que no sobreviviría y no hay manera de protegerse de esa cantidad de Gs. Felix comenzó a 0 MPH a esa altura y por eso sobrevivió.

Answer 2

Depende de cómo se defina el problema.

Los seres humanos han vuelto a entrar en la atmósfera desde la Estación Espacial Internacional muchas veces, montados en un transbordador espacial o en una cápsula Soyuz.

Alguien que vuelva a entrar sin una nave espacial de algún tipo tendría que llevar obviamente algún tipo de traje de presión (como hizo Felix Baumgartner en su salto). ¿Cómo de elaborado puede ser el traje de presión?

Un traje a presión es, en efecto, una nave espacial autónoma. Una cápsula Mercury o Vostok (los únicos vehículos de reentrada para una sola persona que conozco) podría considerarse (de forma bastante imprecisa) como un traje de presión muy grande con forma de impar.

Sólo habría que diseñar un traje a presión con un blindaje térmico similar al blindaje ablativo que utilizan la mayoría de las cápsulas espaciales, o a las baldosas que utiliza el transbordador espacial, además de un paracaídas. Esto cambiaría sin duda la forma del traje. Así que la pregunta es: ¿un traje de presión con suficiente blindaje térmico para sobrevivir a la reentrada sigue siendo un traje de presión?

Gracias a mmc en los comentarios, la propuesta MOOSE se acerca, pero sigue siendo más una cápsula que un traje; de hecho, el astronauta habría llevado un traje espacial mientras lo utilizaba.

La respuesta es claramente afirmativa si si estás dispuesto a definir "traje de presión" con suficiente libertad. Es más una cuestión de definición de problemas que de física e ingeniería.

Answer 3

Depende de la cantidad de combustible que tengas.
El transbordador espacial y otras naves necesitan escudos térmicos tan grandes porque los utilizan para descargar toda su energía cinética "gratis". El transbordador sólo utiliza sus motores para el despegue y sólo dispone de unos pequeños propulsores en órbita.

Si además de un traje espacial tuvieras alguna forma de propulsión y pudieras generar todo el empuje que necesitaras, podrías bajar flotando a la tierra tan lentamente como quisieras, como una Mary Poppins extraterrestre

Answer 4

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ACTUALIZACIÓN 2: Si se le permite diseñar libremente el traje espacial, la respuesta es sí (véase más abajo).

Respuesta inicial antes de la aclaración

La respuesta corta es no. (VER ACTUALIZACIÓN)

La respuesta más larga es que hay algunos obstáculos clave. Uno de ellos es que la persona en la estación espacial está en una órbita relativamente estable alrededor del planeta. Así que, aunque el salto desde la estación espacial le impartiría un impulso ligeramente diferente, en principio acabaría en una órbita ligeramente diferente alrededor de la Tierra, dependiendo de cómo saltara. En ese caso, tendrían que confiar en la lenta decadencia de su órbita provocada por cosas como la fricción en la atmósfera enrarecida (pero aún presente) y los impactos de micrometes, etc. En la mayoría de los casos, esto no sería suficiente para que la persona cayera a tierra antes de que se agotara su suministro de aire. De hecho, podrían estar en órbita durante bastante tiempo (por ejemplo, años) antes de volver a entrar en la atmósfera.

Dado que la pregunta afirma que la persona podría superar la velocidad orbital, suponiendo que pudiera reducir su velocidad lo suficiente, volvería a entrar en la atmósfera a velocidades lo suficientemente altas como para que la fricción de la atmósfera quemara su traje con bastante rapidez y lo dejara expuesto a condiciones igualmente duras.

P.D. Wikipedia tiene un buen artículo sobre reglas generales para temperaturas experimentadas.

ACTUALIZACIÓN: Dado que las normas han cambiado después de que se formulara la pregunta inicial, y estamos considerando algún tipo de tecnología avanzada, entonces cambiaré la respuesta a sí con reserva. Esta pregunta ya no se refiere a una persona saltando desde la estación espacial, sino al diseño específico del vehículo de reentrada. Si el objetivo es tener un traje articulado cuando se haya completado el salto, entonces no hay nada que lo impida físicamente. Ya no es una cuestión de física, sino de ingeniería. Por supuesto, el mayor obstáculo es el blindaje térmico y la masa del mismo. El ángulo de reentrada, etc., también sería un factor clave, pero la tecnología es factible, como ha demostrado MOOSE

ACTUALIZACIÓN 2: Ahora estoy aún más convencido de que, dados los criterios de diseño libre, la respuesta es sí. Vuelvo a publicar mi comentario a FrankH:

Creo que tu ejemplo está bien, pero también creo que levantar cuerpos son escalables, así que si quisiéramos diseñar un traje avanzado podríamos utilizar principalmente una enfoque de cuerpo de elevación modificado. Se podría utilizar una espuma aislante y de refrigeración adecuada y el buceador podría usar un sistema de programa de reentrada similar como el del transbordador Shuttle . Lo único que quería conseguir es que la pregunta fuera demasiado ambigua para llegar a una respuesta definitiva.

Para aclarar, cuando digo ambiguo me refiero a que la persona que hace la pregunta ha dejado demasiados condicionantes sin definir.

Answer 5

Aunque nuestro Estación Espacial Internacional se encuentra en una órbita terrestre baja, a una altitud de unos 350-400 kms (que se encuentra en la exosfera). Para superar la velocidad orbital, se necesitan unos propulsores especiales además de su traje espacial presurizado. Porque tiene que salir y desacelerar de la ISS que se arremolina a una velocidad de unos 7000 m/s.

Requisitos del traje espacial : Ese traje que has proporcionado debe soportar temperaturas extremas (Wiki dice que 200 C como máximo) y bajas presiones atmosféricas (que podrían causar Enfermedad por descompresión ) y también proporcionar un suministro suficiente de oxígeno hasta que aterrice.

(Por ahora, la mejor suite que recomiendo está disponible aquí )

Reingreso: Antes de saltar desde una velocidad tan alta, el saltador tiene que desacelerarse. El reingreso se puede realizar con éxito si la nave espacial consigue realizar alguna Algo así como frenado aerodinámico acrobacias (Las cápsulas o las pequeñas cabinas portátiles serían mejores para arrastra ) o utilizar un propulsor (creo que estoy mejorando el traje) para maniobrar en la atmósfera. El único reto para la reentrada es luchar contra el termosfera en la exosfera. Como la densidad del aire también es muy baja allí pronto romperá la barrera del sonido con más facilidad que Félix (con lo que estará por encima de él). La fricción del aire también sería muy baja, lo que le permitiría alcanzar altas velocidades ('porque sólo $mg$ actúa aquí). Una vez que entra en la estratosfera, experimenta un poco de fricción en el aire que aumenta constantemente a medida que atraviesa las diferentes capas y por fin alcanza la velocidad terminal de 50 m/s y entonces despliega su paracaídas para frenar.

Si todo lo anterior funciona bien, entonces seguro que sobrevivirá. El principal reto es la reentrada, donde es mejor utilizar el arrastre. Incluso la NASA ha declinado que la altitud de reentrada sea de 76 millas, donde la fricción del aire sería fácilmente perceptible.