¿Es cierto que los desechos pueden permanecer en órbita a la misma altura que las estaciones espaciales, mientras que tienen una velocidad relativa muy grande con respecto a las estaciones espaciales?
La mayoría LEO Los objetos orbitan en la misma dirección, es decir, en la dirección en que gira la Tierra. Esto se hace para aprovechar la velocidad inicial proporcionada por el La rotación de la Tierra . Así que la principal diferencia de velocidad probablemente se deba a las diferentes inclinaciones (es decir, no en el mismo plano) o elíptica contra. circular órbitas.
Simplifiquemos y supongamos que dos objetos, E y I Ambos tienen órbitas circulares a la misma altitud, por lo que tienen la misma velocidad orbital. Sin embargo, supongamos que el objeto I tiene una órbita inclinada en algún ángulo $\alpha$ al plano ecuatorial y que orbitan en la misma dirección acimutal.
Ahora, cuando nos movemos en el marco de, digamos, el objeto en órbita ecuatorial, el objeto inclinado parecerá venir por delante de ti. Si la órbita inclinada es de sur a norte (norte a sur), entonces el objeto I parece venir hacia ti desde el sur (norte) y desde delante de ti. Esto es sólo de la sustracción de vectores, donde: $$ \mathbf{V}_{I} - \mathbf{V}_{E} = -\mathbf{V}_{rel} \tag{1} $$ o $$ \mathbf{V}_{E} = \mathbf{V}_{I} + \mathbf{V}_{rel} \tag{2} $$ donde $\lvert \mathbf{V}_{E} \rvert = \lvert \mathbf{V}_{I} \rvert$ que hemos definido: $$ \begin{align} \mathbf{V}_{E} & \sim V_{E} \ \hat{\mathbf{x}} \tag{3a} \\ \mathbf{V}_{I} & \sim V_{I} \left( \cos{\alpha} \ \hat{\mathbf{x}} + \sin{\alpha} \ \hat{\mathbf{y}} \right) \tag{3b} \end{align} $$
Nota: Realmente debería hacer esto en trigonometría esférica pero sólo nos ocuparemos de la región inmediata de interacción para poder tomar el límite a medida que el radio de curvatura llega al infinito.
Como puedes ver, $\mathbf{V}_{rel}$ está dada por: $$ \mathbf{V}_{rel} = V_{E} \left[ \left( 1 - \cos{\alpha} \right) \hat{\mathbf{x}} - \sin{\alpha} \hat{\mathbf{y}} \right] \tag{4} $$ que muestra que $\lim_{\alpha \rightarrow 0} \mathbf{V}_{rel} = 0$ como era de esperar.
El máximo de $\lvert \mathbf{V}_{rel} \rvert$ se produce en el límite como $\alpha \rightarrow \pi/2$ que es $\sim \sqrt{2} \ V_{E}$ .
La velocidad orbital típica de un objeto LEO es de ~7-8 km/s (o ~25.200-28.800 kph = ~15.700-17.900 mph), por lo que la velocidad máxima de impacto será de ~10-11 km/s (o ~35.600-40.700 kph = ~22.100-25.300 mph).
Así que la respuesta corta a su pregunta es sí.
Si los objetos orbitaran en direcciones opuestas, entonces el máximo de $\lvert \mathbf{V}_{rel} \rvert$ aumentaría, por supuesto. En cualquier caso, a menos que $\alpha \ll 1$ , $\lvert \mathbf{V}_{rel} \rvert$ va a ser grande a todos los efectos.
¿Es posible que la estación intacta se desorbitara, simplemente recibiendo un pequeño golpe (no pudo ser mucho ya que estaba todavía intacta en su mayor parte)?
Voy a suponer que no por mi respuesta a la parte anterior. Una estación espacial tiene una gran cantidad de momento lineal y angular. Para ejercer una fuerza y un par de torsión suficientes para cambiarlos se necesitarían altas velocidades de impacto. Dado que la mayor parte del casco exterior de la estación espacial es muy fino, el resultado final no sería que todo el objeto fuera "empujado" a una altitud diferente. Más bien, el objeto que impacta probablemente sólo atravesaría la estación y/o ablación sobre el impacto.
Nota más importante
En la película, los personajes son capaces de ver los objetos que se mueven hacia ellos. Si suponemos que los objetos se mueven a, digamos, $\alpha \sim \pi/6$ al plano de la estación espacial, luego $\lvert \mathbf{V}_{rel} \rvert \sim \sqrt{2 - \sqrt{3}} V_{E}$ . Si asumimos los mismos valores que los anteriores para las órbitas LEO, entonces $\lvert \mathbf{V}_{rel} \rvert$ ~3,6-4,1 km/s (o ~13.000-14.900 kph = ~8.100-9.200 mph).
Estos valores corresponden a Mach ~ 10-12 a nivel del mar. A modo de comparación, el la velocidad de la boca del cañón de una bala de alta potencia rifle varía de Mach ~ 1,8-3,6, según el calibre y el modelo.
Me inclino a pensar que si esta situación ocurriera realmente, un humano no podría ver los objetos del incidente a menos que fueran muy grandes debido a las condiciones de iluminación y a la velocidad a la que se movían los objetos.
Una representación más precisa habría mostrado partes de la estación espacial desapareciendo y/o explotando. No habrían aparecido los bonitos y lentos objetos que pasan volando y lo destruyen todo.
Actualización
Cuando observamos toda la gama de velocidades de boca de un lista de cartuchos En el caso de las armas de fuego, las pistolas oscilan entre 304 y 515 m/s y los rifles entre 600 y 1392 m/s. He trazado la velocidad relativa entre dos objetos en órbita en función de la inclinación (es decir, la ecuación 4 anterior) que se muestra en la siguiente imagen.
![relative speeds]()
Como se muestra, incluso después de sólo ~3-4 grados las diferencias de velocidad superan la mayoría de las velocidades de la boca del cañón de las pistolas y después de ~11 grados casi todas las rondas de rifles civiles.
