Otázka:
Orbital Rendezvous vs Hohmann Transfer
engineerelectic553
2020-06-06 17:30:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Předpokládejme, že

  • kosmická loď (kapsle) se blíží k ISS
  • vzdálenost mezi kosmickou lodí (kapslí) a ISS je 20 metrů
  • relativní rychlost mezi kosmickou lodí (kapslí) a ISS je téměř 0
  • oběžné dráhy focii (střed Země) a kosmická loď a dokovací adaptér sedí na jedné (stejné) linii

Jaký druh popálení by potom provedla kosmická loď, aby se dostala k dokovacímu adaptéru? Jinými slovy, jak by potom vesmírná loď (kapsle) změnila svou výšku? Provedlo by to mini verzi Hohmann Transfer? Nebo jen hořet radiálně?

FWIW, toto je další otázka, kde by byl rozumný návrh „hrát Kerbal Space Program a zjistit sami“. Tato hra dokonce přichází s integrovaným návodem na schůzku a dokování. (Abych byl spravedlivý, „magnetické“ dokovací porty v KSP jsou naprosto nereálné svou jednoduchostí a robustností, ale to je jen poslední zlomek metru. A samozřejmě mají hráči KSP tendenci riskovat mnohem větší rizika a létat rychleji než skuteční astronauti kdykoli, protože pokud se něco pokazí, mohou jednoduše znovu načíst záchranu. Ale kromě toho je orbitální mechanika docela realistická.)
Existuje člověk, který se jmenoval Edwin a napsal velmi příbuznou práci. Jeho přezdívka, kterou změnil na své křestní jméno, je „Buzz“ a jeho příjmení je Aldrin. Tyto tituly napsal na MIT na orbitálním setkání, poté byl přijat za astronauta, kde uplatnil některé ze svých teorií. https://airandspace.si.edu/stories/editorial/buzz-aldrins-phd-thesis
Dva odpovědi:
Russell Borogove
2020-06-06 18:44:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kruhové oběžné dráhy v různých nadmořských výškách vyžadují různé rychlosti, takže pokud začnete s radiální separací, bude mít kosmická loď a stanice tendenci driftovat dále od sebe, pokud nebudou radiálně akcelerovat a uzavřít vzdálenost. Efekt je malý na malé vzdálenosti, větší na velké vzdálenosti. K první aproximaci je separace rozdílem mezi gravitační silou v nadmořských výškách. (Navzdory častému používání „nulové gravitace“ a „mikrogravitace“ je na oběžné dráze spousta gravitace - asi 88,5% zemské gravitace ve 400 km nadmořské výšce ISS.)

Ve vzdálenosti 20 m od radiálu separace, tento gravitační gradient způsobí, že se kosmická loď a stanice od sebe vzdálí asi o 50 mikrometrů za sekundu na druhou - 5 miliónů g. To je dost malé na to, aby ho bylo možné do velké míry ignorovat - je to „ztraceno v hluku“ variability vrtule a nepřesnosti měření rychlosti a vzdálenosti. Lze proti němu působit velmi malými pulzy tahu a dokovací kosmická loď může manévrovat přímo na místo určení, tj. S radiálním spálením.

Na větší vzdálenosti je gradient výraznější. Při vzdálenosti 40 km je výsledkem relativní zrychlení asi 0,1 m / s 2 , což je přibližně maximum, jaké by načtený Crew Dragon mohl nepřetržitě střílet 4 malé Draco trysky - mohl by jen držet vzdálenost a nemohl se přiblížit blíž. Takže na takové vzdálenosti se přístupy provádějí vypalováním postupnosti a retrográdním způsobem podle Hohmanna; vystřelíte retrográdně, abyste snížili své perigeum o 40 km, počkáte půl oběžné dráhy a poté vystřelíte postup, abyste cirkularizovali v nižší nadmořské výšce.

Někde uprostřed je křížový bod, kde váš pilot (člověk nebo počítač) může začít považovat prostor mezi kosmickou lodí a stanicí za „plochý“ a ignorovat gravitační gradient. Věřím, že přístup a dokovací proces se skutečnou ISS, který je komplikovanější, než do čeho se chystám zde, definuje řadu „zadržovacích bodů“ počínaje od 250m separace, kde sklon je asi 0,6 mm / s 2 ; aby měl záchytný bod smysl, musí být gradient dostatečně malý, aby jste s jeho utrácením neutratili značné množství paliva.

děkuji za odpověď @Russell! ale proč je možné použít radiální popáleniny pro malé změny výšky „oběžné dráhy“ (rozdíl 20 m), ale ne pro velké „změny výšky“, kde je potřeba Hohmann?
Hohmann je * nejefektivnější * volba při přechodu mezi kruhovými drahami v různých nadmořských výškách. Můžete * procházet * mezi kruhovými dráhami s radiálními popáleninami, ale plýtvá to palivem.
Jak byste se tedy rozhodli pro posledních 20 metrů v radiálním oddělení kosmické lodi od ISS - zda využít - Hohmann Transferor - Radial BurnPurely spotřebu paliva?
@engineerelectic553 Ve vzdálenosti 20 metrů nebudete mít dostatečnou přesnost hoření, které můžete udělat, abyste uzavřeli vzdálenost v LEO pomocí Hohmannovy trajektorie. Atmosféra může být extrémně řídká, ale stále tam je, gravitační pole Země je hrudkovité a na vnější straně vesmírné stanice je spousta rozbitných věcí. Je těžké uvěřit, že by někdo důvěřoval čistému Hohmannovi, který se přiblíží dvacet metrů ..
@engineerelectic553 Ne, pro * velký * manévr vám záleží na úspoře paliva, takže použijete Hohmann. Posledních 20 metrů budete dělat jen malé manévry s malou spotřebou paliva. Pro pilota (člověka nebo počítač) je snazší považovat tuto 20m mezeru za plochý prostor mezi kosmickou lodí a stanicí - že 50µm / s ^ 2 se ztratí v šumu chyby měření a variabilitě trysky - takže vy stačí letět přímo radiálně.
plně souhlasím s @notovny !! ale rád bych pochopil teoretický bod zvratu mezi dáváním smyslů hohmann (myslím pro velké změny na oběžné dráze) a čistými radiálními popáleninami pro relativní změny, které dávají smysl ISS.
Je to praktičtější než teoretické. Například plně naložený posádkový drak může zrychlit rychlostí přibližně 0,1 m / s ^ 2. To je srovnatelné s gravitačním gradientem mezi nadmořskou výškou 400 km a 440 km; pokud je 40 km od stanice radiálně, muselo by se neustále radiálně tlačit, aby se udržel v poloze. Aby dosáhla svého přístupu, musí udělat postupující a retrográdní (Hohmannův styl) popáleniny. Ve vzdálenosti 2 km je sklon přibližně 1/10; kosmická loď může hořet po dobu 1 sekundy z každých 10 na udržení pozice - stále příliš drahá. (1/2)
Do vzdálenosti asi 250 metrů (což je podle mého názoru standardní vzdálenost „bodu zadržení“ při přístupu k ISS) je gravitační gradient dostatečně malý, aby mohl být soustředěn s chybou měření, chybou tahu, atmosférickým odporem atd., příležitostnými malými manévry na stanici. (2/2)
možná trochu související: [Co je „ISS's Keep Out Sphere“ a jaký je jeho poloměr?] (https://space.stackexchange.com/q/20814/12102)
Ross Millikan
2020-06-07 07:12:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Základní myšlenka je, že pokud se tam dostanete na malém zlomku oběžné dráhy, na orbitální dynamice vůbec nezáleží. Jste dost blízko na to, aby byly dvě kosmické lodě v podstatě na stejné oběžné dráze. Protože nízká oběžná dráha je přibližně 90 minut, pokud se tam dostanete za 5 minut, nemusíte si dělat starosti s tím, co dělá gravitace. Pokud se během 5 minut dokážete přiblížit v prostoru i rychlosti mnohem rychleji, na gravitaci během následujících 5 minut nezáleží. Spotřebujete více paliva, než je ideální oběžná dráha přenosu, ale stejně to není moc paliva. Dostanete se tam mnohem rychleji, protože nemusíte čekat půl oběžné dráhy, přibližně 45 minut, aby se projevily gravitační rozdíly.



Tyto otázky a odpovědi byly automaticky přeloženy z anglického jazyka.Původní obsah je k dispozici na webu stackexchange, za který děkujeme za licenci cc by-sa 4.0, pod kterou je distribuován.
Loading...