Pitanje:
Zašto bi svemirske sonde morale obilaziti Zemlju prije lansiranja na druge planete?
javaBeginner
2013-11-05 17:18:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zanima me zašto bi se svi sateliti koje treba poslati na druge planete trebali kretati oko Zemlje, a ne izravno prema svom odredištu? Danas je Indija lansirala jedan satelit na Mars, a iz vijesti sam upoznao ove redove:

Nosač će ostati u Zemljinoj orbiti gotovo mjesec dana, gradeći potrebna brzina da se oslobodi gravitacijskog privlačenja našeg planeta.

Dakle, moje je pitanje, zašto ne možemo izravno poslati satelite na drugi planet?

Redci koje citirate objašnjavaju da se to mora dogoditi da bi se izbjeglo Zemljinoj gravitaciji. Postoji li određeni dio ovoga s kojim se borite ili je vaše pitanje više o tome zašto trebamo pobjeći od gravitacije?
@RhysW Hvala na odgovoru, Moje pitanje je zašto? Samo nam treba 11,2km / s, a to se opskrbljuje gorivom
Ovo je pitanje vrlo povezano: http://space.stackexchange.com/questions/637/do-any-launches-bypass-leo Problem je u tome što dobivate "povlačenje gravitacije" ako ne uđete odmah u orbitu, pa čak i ako odmah napustite LEO, u određenom trenutku i dalje postižete LEO-ove orbitalne parametre.
Pitao sam to nedavno (5 godina nakon postavljanja ovog pitanja): https://space.stackexchange.com/questions/27904/how-much-delta-v-would-be-required-to-escape-the-gravitational- influence-of-the i uhoh dali su sjajan odgovor.
šest odgovori:
Mark Adler
2013-11-05 22:54:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sve međuplanetarne sonde za koje znam da su lansirane u orbitu parkiranja, a zatim su čekale neko vrijeme u toj orbiti prije ponovnog pokretanja stupnja ili paljenja drugog stupnja radi ubrizgavanja u željenu odlaznu asimptotu. To je učinjeno radi praktičnosti kako bi se omogućili dugi prozori pokretanja danima u razdoblju pokretanja. Moguće je i malo učinkovitije lansiranje izravno s lansirne rampe na međuplanetarnu putanju, ali imat ćete trenutni prozor za lansiranje i vaša lansirna rampa mora prijeći ravninu odlazne putanje da bi postigla tu učinkovitost. Prozori za trenutno lansiranje su rizični, jer ako postoji problem kao što je brod tamo gdje ne bi trebao biti, taj dan se ne lansira. S dužim prozorom koji se nudi odlaskom na prvu orbitu za parkiranje, često sat vremena ili više, imate vremena za rješavanje problema i svejedno pokretanje.

(Osim toga, radio sam na projektu koji je bio kasnije otkazan, koji će za lansiranje na Mars koristiti Ariane 5. Problem je bio u tome što njegova gornja faza u to vrijeme nije imala kvalificiranu mogućnost ponovnog pokretanja. Kao rezultat toga, morali smo planirati ubrizgavanje izravno s raketne rampe s nema orbite za parkiranje. Iako je mjesto lansiranja Francuske Gvajane bilo slučajno blizu mjesta na kojem bismo je željeli zbog te prilike, to nije bilo točno pa smo morali naletjeti na neučinkovitost manevriranjem psećih nogu da bismo krenuli pravim putem.)

U većini slučajeva čekanje na orbiti parkiranja mjeri se u desecima minuta. Često ponovno pokrećete drugu fazu s ograničenim vijekom trajanja baterije, pa ne želite čekati više od putanje. Da biste imali dva tjedna ili duže razdoblje lansiranja, morate prihvatiti određenu neučinkovitost u većim energijama ubrizgavanja prije i nakon optimalnog dana.

Indija radi nešto malo drugačije, što ima određeni rizik, ali nudi veću učinkovitost. Imaju fiksni dan polaska iz Zemljine orbite s najmanjom energijom ubrizgavanja. Kad god se lansiraju, čekaju u Zemljinoj orbiti do tog blagoslovljenog dana, a zatim odlaze. To znači da im treba gornja faza s dužim životnim vijekom. Dobra mu je strana što razbijanje injekcijskog sagorijevanja na nekoliko dijelova, izvedeno u svakom perigeju, omogućuje motoru da bude puno manji i lakši od tipičnog motora gornjeg stupnja koji pokušava istjecati svo gorivo u jednom izgaranju blizu Zemlje.

Kao što je navedeno u drugim odgovorima, ubrizgavanje se izvodi 20 minuta kasnije ili 20 dana kasnije u perigeju radi maksimalne promjene energije po jedinici $ \ Delta V $. Ovdje ću baciti jednadžbu samo iz zabave. U osnovnoj fizici učite jednadžbu za kinetičku energiju: $ K = {m v ^ 2 \ over 2} $. Ako to razlikujete s obzirom na $ v $, dobit ćete $ dK = m v \, dv $. Dakle, vaša promjena energije proporcionalna je vašoj brzini pomnoženoj s $ \ Delta V $. Što brže idete, više promjene u energiji ćete dobiti za fiksni $ \ Delta V $. Najbrže ideš u perigeju. To je poznato kao Oberthov efekt.

Nekoliko komentara na ovaj odgovor, koji mislim da je zasad najbolji: 1) Faza uspona obično je prilagođena nevakuumskom okruženju. Fazu ubrizgavanja treba prilagoditi vakuumskom okruženju. 2) Odlomak o tome kada treba izgarati (perigee) opisuje Oberthov učinak.
Hvala na lijepom objašnjenju +1 za isto. Prema vašoj jednadžbi, dv će biti nula jer se satelit kreće u kružnoj orbiti (oprostite ako griješim) iako brzina neće biti nula. Dakle, moje pitanje zašto satelit nije dopušten u ravna staza (pod pretpostavkom da nema prepreka na putu). Dulji pomak bit će brzina
$ dv $ je promjena brzine od potiska motora u kratkom intervalu i nije nula. Ne razumijem vaše pitanje o "ravnom putu".
@MarkAdler izvinite na kasnom odgovoru, nisam dobio nikakvu obavijest za ovaj komentar.Moje pitanje je hoće li satelit pomicati putovanje u putanji?
@javaBeginner: Ne razumijem vaše pitanje.
@MarkAdler se sada satelit kreće oko Zemlje, pa to znači da je put eliptičan. Sada, kad je pušten 1. prosinca, hoće li put biti eliptičan, putanja ili linearan
@javaBeginner: Putanja bijega hiperbolična je krivulja u odnosu na Zemlju. To se onda pretvara u elipsu u odnosu na Sunce. ("Putanja" nije određeni oblik krivulje poput eliptične ili linearne - putanja je jednostavno put, bez obzira na oblik.)
@MarkAdler Ostavite o svemu.Molim objasnite sljedeći problem. Pretpostavimo da je mars točno iznad vas (okomito ravna linija), sada želite poslati objekt na mars, a zatim ćete izravno ispaliti raketu prema gore.To mi znači linijski put. u slučaju mangalyana zašto ne šalju izravno u smjeru marsa.Mangalyan se okreće oko zemlje da bi postigao maksimalnu brzinu. Dakle, to se može postići ako bi poslali izravno prema marsu
@javaBeginner: Treba vam osnovno razumijevanje orbitalne mehanike, što ne mogu prenijeti u komentarima. Započnite s [članak na Wikipediji] (http://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_mechanics). Dno crta: da biste se popeli u odnosu na tijelo, trebate povući 90 ° odozgo u smjeru vaše orbitalne brzine. Dakle, da biste otišli na Mars, morate se zabiti u smjeru Zemljine orbite. Potiskivanje vas neće odvesti tamo. Ovdje ne mogu odgovoriti na više pitanja.
PearsonArtPhoto
2013-11-05 20:26:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kao što je @Ame spomenuo, raketa nije imala dovoljno goriva da je stavi tamo jednim hicem, kao što to čini većina američko-ruskih raketa. Međutim, stvarna fizika koja stoji iza orbitalnog manevara malo se razlikuje od opisane. Točnije, fizika se naziva Oberthov efekt. Kratko objašnjenje ovoga je da je potisak rakete učinkovitiji ako se izvodi u perigeju. Ispaljivanje rakete tijekom uzastopnih prolazaka perigeja poboljšat će učinkovitost, u konačnici omogućiti čovjeku maksimalnu učinkovitost u rafalnim rafalima. Pravi gravitacijski asistent ne koristi potisnike, ali ovaj efekt u osnovi povećava učinkovitost potiska.

Hvala što ste odgovorili na +1 na vašem objašnjenju. Čuo sam da će ovaj mangalijan kružiti oko zemlje najmanje 25 dana kako bi postigao dovoljnu brzinu da stigne na odredište. Možete li mi, molim vas, reći koja je trenutna brzina i koja će biti konačna brzina.
EtherDragon
2013-11-06 12:06:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Postoji nekoliko razloga zašto sateliti trebaju kružiti Zemljom prije nego što prijeđu na međuplanetarne ...

Prvi razlog: Mjesto lansiranja vrlo je rijetko u pravom položaju za pokretanje međuplanetarnog leta. Zemlja se okreće pod nagibom, pa se lansiranje mora odgoditi kada Kennedyjev svemirski centar prijeđe ekliptičku ravninu (opću ravninu na kojoj većina planeta kruži). Također, mora biti u pravoj sezoni, tako da kada sonda izađe u orbitu, završi u pravom smjeru kad napusti Zemljinu SOI. Sve je to moguće s profilom izravnog uspona, samo je potrebno jako dobro vrijeme, ali ovi savršeni prozori dolaze vrlo rijetko.

Svaka sonda koja čini ekliptičku orbitu oko Zemlje, prvo ima prozor za lansiranje svakih 45 minuta, umjesto nekoliko puta godišnje.

Drugi razlog: Količina Delta-V potrebna za izlazak iz Zemljine SOI prilično je velika. Iako je moguće napraviti dovoljno velike rakete - ograničavajući faktor je stvarno učinkovitost tipičnog raketnog goriva i raketnih motora.

Za podizanje sonde iz Zemljine orbite raketom potrebno je prilično teško raketa. Ta se teška raketa mora podići u orbitu Niske Zemlje, što zahtijeva masivnu raketu.

Jedan od načina da se poboljša ta činjenica jest učiniti vašu raketu mnogo učinkovitijom - ali već smo blizu teoretske granice učinkovitosti kemijska raketa. Tako je NASA počela koristiti ION pogon, koji je puno učinkovitiji od kemijske rakete - također je vrlo slab - što je treći razlog ...

Treći razlog: Sad kad većina sondi koristi ionski pogon, oni nemaju nemaju snage da se samo izbace iz zemlje u izravnom usponu - provode tjedne s potiskivanjem ionskog potisnika neko vrijeme (nekoliko minuta) u ključnoj točki u orbiti. Svaki put kad to radi jonski motor, njihova se orbita približava i približava brzini bijega od Zemlje.

Jednom kad sonda izađe iz Zemljine SOI, ona u osnovi može uključiti ionski motor i ostaviti ga tamo dok god želi dovršiti međuplanetarne manevre. Obično su većina manevriranja između planeta male korekcije kursa kako bi se iskoristilo prolazak planeta kako bi se pucalo u prag do mnogo većih brzina.

TL; DR? Mnogi razlozi: Vrijeme - položaj lansiranja i orbitalna orijentacija znače nekoliko dobrih prozora za lansiranje za izravni uspon, dosezanje orbite prvo omogućuje mnogo više opcija.Previše goriva je potrebno - Izvlačenje sonde sa zemlje uzima puno kemijskog goriva, pa umjesto toga sada koristimo jonske motore. Jonski motori su slabi - to je potrebno je puno vremena (tjedana!) da ovi visoko učinkoviti motori odrade svoj posao.

Lijepo objašnjenje, hvala +1
Arne
2013-11-05 19:40:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

U slučaju indijskog PSLV, lansirno vozilo nije dovoljno snažno za umetanje sonde Mars Orbiter Mission izravno na put do Marsa . Suprotno tome, MAVEN treba biti lansiran pomoću mnogo snažnijeg Atlasa V.

Sonda mora koristiti gravitacijsku pomoć da bi postigla dovoljno brzine za put Mars. Tj. sonda prvo zalazi u vrlo eliptičnu orbitu i koristi posebno vremenske kratke opekline kako bi postigla ubrzanje zbog Zemljine gravitacije i kretanja oko Sunca. Ovdje vam posebno pomaže kretanje Zemlje u odnosu na Sunce i sondu, budući da je ovaj impuls dodan postojećem impulsu sonde. Slika u članku Wikipedije prilično je poučna:

Gravitational slinghot

Ovaj, raketa bi već imala svu pomoć pri rotaciji Zemlje oko Sunca, budući da lansira sa Zemlje, zapravo više jer postoji neka kutna brzina koja bi se mogla imati i zbog Zemljine rotacije oko svoje osi. To zapravo nije problem, poanta je u performansama raketnih motora, a ulazak u orbitu ni približno ne postiže brzinu potrebnu za dobro izbjegavanje Zemljine gravitacije. Slučaj u ovom slučaju, [orbitalna brzina ISS-a] (https://encrypted.google.com/search?q=International+Space+Station%2C+Speed+on+orbit) iznosi približno 7,71 km / s (7,71 km / s).
Hm, da, možda sam pogrešno razumio ovaj koncept. Čini se da vaš argument podiže valjanu točku. Čitajući članak o Hohmannovoj orbiti (http://en.wikipedia.org/wiki/Hohmann_transfer_orbit), koji MOM, čini se, koristi, to više ne izgleda kao gravitacijska pomoć. Samo vrlo pametno vrijeme opeklina orbite.
Iako se ovim odgovorom pogrešno shvaća, korist od gravitacije pomaže onome što Mangalyaan radi. Ta korist nije u energiji, već u sklonosti. U normalnom pristupu, niska kružna orbita za parkiranje mora biti nagnuta kako bi se poravnala s odlaznom asimptotom. Ovisno o nagibu, to može smanjiti masovnu sposobnost lansirnog vozila. U tom slučaju mogu lansirati do najučinkovitijeg nagiba, jednakog geografskoj širini mjesta lansiranja, a zatim upotrijebiti konačni Zemljin perigejski pristup i izgaranje da bi dobili odgovarajuću izlaznu asimptotu.
Zanimljiv. Dobro pojašnjenje! +1
dobro objašnjenje + 1.Može li biti moguće da će, umjesto da se kreće oko Zemlje da postigne maksimalnu brzinu, ići linearnim putem
javaBeginner - ništa ne ide linearnim putem u prostoru. Što pokušavaš pitati?
@RoryAlsop, mislite li reći da zbog gravitacijskih sila nebeskih objekata ništa ne ide linijskim putem?
javaBeginner - ako želite ubrzati, upotrijebite ili raketu, ili gravitacijsko ubrzanje (ili zaokret magnetskog toka itd., ali znate na što mislim) - gravitacija je jeftinija od raketnog goriva, ali trebate vremenski odrediti vrijeme.
SF.
2013-11-06 22:03:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Prije nego što dođete do svih ostalih prednosti, krenimo s jedinstvenom, bitnom.

Raketa koja pluta na mjestu (uopće ne leti, samo se nadvija iznad lansirne rampe) mora generirati dovoljan potisak to bi mu inače dalo 9,8 m / s ^ 2 $ ubrzanja (1g) u vodoravnom letu. To je prilično malo, i to je sav izgubljeni potisak. Ako lansirate izravno, zemaljsko gravitacijsko ubrzanje je ono što u svakom trenutku morate oduzeti od svog ubrzanja. Svake sekunde, bez obzira na što još trošite gorivo, morate potrošiti pozamašnu dozu da jednostavno ne padnete.

Sada, raketa koja se kreće vodoravno po orbiti ne koristi gorivo za održavanje visine . Svaki pojedini gram koristi se za povećanje kinetičke energije. Na taj način, vaš prvi prioritet čim smanjite trenje zraka na upravljačke razine je ulazak u orbitu i zaustavljanje trošenja goriva pokušavajući spriječiti pad. Energija koju ulažete ubrzavajući do orbitalne brzine i dalje je upotrebljiva, dodat ćete je svojoj brzini u međuplanetarnom putovanju, a sada je sigurno pohranjena kao vaša kinetička energija.

Sada, kad jednom stignete u orbitu, to možete učiniti sve vrste korisnih manevara u slobodno vrijeme, prebacite se na motore sa boljim specifičnim impulsom, ali nižim potiskom, i ne trošite više goriva.

Ipak, ako ste pravilno postavljeni i lansirate u pravo vrijeme, još je učinkovitije uspon izravno na putanju odlaska, nikad ulazak u orbitu. Ulazak u orbitu oko parkiranja dodaje ogromne pogodnosti, ali u osnovi nije učinkovitiji.
Hvala na odgovoru, + 1 na dobrom objašnjenju. Kao što sam vidio u vijestima, [veza] (http://timesofindia.indiatimes.com/india/Mars-mission-Scientists-start-raising-Mangalyaans-orbit/articleshow /25338759.cms) zašto je potrebno podizanje orbita. I jedan 1. prosinca konačno će biti izvan zemaljske orbite, pa se neće kretati prema Marsu u linearnoj putanji. I hoće li koristiti gorivo za daljnje kretanje prema odredištu ili kretanje će biti prema newton-ima 3. zakon gibanja
@Mark: Da, možete se izvući iz gravitacijskog polja Zemlje bez ulaska u bilo koju pojedinačnu cikličku orbitu. Ne. Samo ubrzavanje ravno prema gore bez dodavanja vodoravne komponente (koja uključuje onu zadanu rotacijom Zemlje) nije učinkovitije. Jednostavno, dodavanjem vodoravne komponente vašem pokretu povećavate učinkovitost. Ulazak u orbitu je jedan, ali ne samo način dodavanja te komponente.
Ne razumijem vaš komentar. Ne možete izbjeći rotaciju Zemlje ako idete ravno prema gore. U svakom slučaju, moja poanta stoji, što dolazi iz činjenice da je potrebno malo $ \ Delta V $ da biste cirkulirali oko vaše orbite za parkiranje, gdje $ \ Delta V $ ne pridonosi odlasku C3.
@Mark: Možete, s polarnim lansiranjima. To bi bilo potpuno kontraproduktivno, ali ne i nemoguće. Ipak, niti u jednoj točki Zemlje brzina rotacije nije dovoljna da se prevlada gravitacija. Ili doprinosite vertikalnoj brzini samo da biste izbjegli zemaljsku gravitaciju, ili vodoravnoj, da biste ušli u orbitu, ili kombinirate oboje za odlazak koji može biti optimalan u određenim okolnostima (izgradnja, lansiranje) ili ne u drugima. Lansiranje koje cijelo vrijeme drži potisak usmjeren ravno prema dolje (u središte Zemlje) neće biti optimalno, bez obzira na kojoj se geografskoj širini izvodi.
Tko je rekao nešto o usmjeravanju potiska u središte Zemlje? Usporedba je između izravnog uspona (koji je u osnovi gravitacijski zaokret) i izlaska u orbitu parkiranja, gdje potonji zahtijeva podizanje perigeja kako bi se spriječio ponovni ulazak, i gdje prvi dopušta trošenje više pogonskog goriva na nižim nadmorskim visinama kako bi se postigla veća učinkovitost (Oberth efekt opet). Oba efekta rezultiraju učinkovitijim izravnim usponom od ulaska u orbitu parkiranja.
Mark Foskey
2019-08-19 09:46:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sonda New Horizons, ako sam dobro pročitao članak iz Wikipedije, nije ostala na svojoj orbiti za parkiranje u punoj orbiti. Manje od 45 minuta nakon lansiranja, već je bio na svojoj putanji solarnog bijega. No, vrijeme je proveo na orbitalnoj putanji koja mu je omogućila da dođe u pravi položaj da bi opeklina izbjegla brzinu, dosljedno ostalim danim odgovorima. Ali, ako ste se pitali zašto sve sonde troše vrijeme da obiđu Zemlju prije nego što krenu, odgovor je da barem jedna sonda nije.



Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...