Орбитальные маневры

Физика > Орбитальные маневры

Орбитальный маневр – применение силовых установок для изменения орбиты космического корабля.

Задача обучения

• Разобраться в цели орбитального маневра.

Основные пункты

• Идеальное выравнивание ракеты основывается на максимальное изменение скорости ракеты (Δv) с учетом векторной скорости (v_e) и соотношения между массой ракеты с/без топлива (m₀ и m₁). Формула: Δv = v_eln (m₀/m₁).
• Эффект Оберта: ракетный двигатель на большой скорости перемещения генерирует более полезную энергию, чем при низкой. Выходит, что больше эффективности получаем, когда корабль ближе всего расположен к планете.
• Маневр силы тяжести – использование относительного движения и гравитации планеты, чтобы изменить скорость корабля. Это экономит время и топливо. Этот метод использовали зонды Вояджеры.
• Гомановская траектория – орбита в форме эллипса, с помощью которой совершают переход с одной круговой орбиты на другую на разных высотах, но в единой плоскости. Для этого используют двигательные импульсы.

Термины

• Гомановская траектория – орбита в форме эллипса, с помощью которой совершают переход с одной круговой орбиты на другую на разных высотах, но в единой плоскости. Для этого используют двигательные импульсы.
• Δv – максимальное изменение скалярной скорости ракеты.

Орбитальные маневры

Орбитальный маневр - использование силовых установок для внесения изменений в орбитальный путь космического аппарата. Остальная часть полета именуется выбегом.

Ракетное уравнение

Идеальное ракетное уравнение используют для транспортных средств, следующих главному ракетному принципу: устройство, которое может применять ускорение к себе через вытеснение части массы на высокой скорости перемещения и сохранения импульса. Оно выражается как:

Δv = v_eln (m₀/m₁), где:

• m₀ – начальная общая масса, включая топливо.
• m₁ – финальная общая масса.
• v_e – эффективная выпущенная скорость (v_e = I_sp g₀, где I_sp – удельный импульс в виде периода времени, g₀ – гравитационная постоянная).
• Δv – максимальное изменение скорости без внешних воздействий.

Бюджет Δv

Общая оцененная Δv для каждой миссии – бюджет Δv. Если все правильно рассчитать, то дизайнеры могут определить необходимое количество топлива и не перегружать аппарат.

Эффект Оберта и гравитационная помощь

Эффект Оберта появляется при использовании ракетного двигателя, перемещающегося на большой скорости и генерирующем полезную энергию. Так выходит из-за топлива обладающего полезной энергией.

Эффект применяют при маневрировании, где использование импульса (в ракетном двигателе) приближается к гравитационному телу. Это позволяет изменить кинетическую энергию и конечную скорость.

В орбитальной механике есть гравитационная рогатка – использование относительного движения и гравитации небесного тела для изменения траектории и скорости космического аппарата, чтобы сохранить топливо и время. Гравитация помогает не только ускориться, но и замедлиться, а также изменить траекторию. Эту технику применили для кораблей Вояджера.

Смена орбиты

Этот маневр используют, чтобы внести корректировки в орбитальный путь аппарата. Гомановская траектория – орбита в форме эллипса, с помощью которой совершают переход с одной круговой орбиты на другую на разных высотах, но в единой плоскости. Здесь применяются два двигательных импульса, перемещающих аппарат на орбиту передачи и покидающих его. Это наиболее эффективный метод для сохранения топлива. Есть и другие методы, но они скорее приносят больше эффективности в экономии времени.

---