Какое самое редкое окно запуска?

Запуск New Horizons был очень важным. У ученых НАСА было 5 лет, чтобы разработать космический зонд к Плутону и убедиться, что он получит гравитационную помощь через Юпитер, что возможно только при запуске в 2005–2006 годах: хотя у них было 5 лет на подготовку и запуск, они столкнулся с несколькими проблемами, связанными с ремонтом ракеты Atlas 5, проблемами с бюджетом, давлением правительства, и самое удивительное заключается в том, что, если это окно будет упущено, потребуется 11 лет, чтобы он достиг своей цели Плутон, для чего может не хватить топлива, следовательно это была гонка со временем и очень интересное окно запуска. Аналогичная возможность есть через 2-3 десятилетия.

Комета Веста с ее непредсказуемым, но оцениваемым в 558 000 лет периодом является хорошим соперником.

Так как окна запуска могут нацеливаться на выравнивание N объектов, то ответ, очевидно, стремится к бесконечности.

Вы также должны помнить, что окна запуска — это просто «оптимальное время запуска».

Используя непереходы Хомана или длинные парковочные орбиты, вы можете запускать в любое время (используя больше дельты v).

Окна запуска Hohmann возникают каждый синодический период. Или более общая версия перехода Хомана была бы орбитой перехода, касательной как к орбите отправления, так и к орбите назначения . Это также происходит каждый синодический период плюс или минус.

Период вызова орбиты вылета T1. Назовите орбитальный период целевой орбиты T2.

Синодический период = |(T1*T2)/(T1-T2)|

Так, например, околоземный астероид с периодом 1,1 года будет иметь синодический период Земля-астероид 11 лет.

Таким образом, чем более земная орбита, тем реже бывают окна запуска. По мере удаления объектов окна запуска приближаются к годовым. Например, синодический период Земля-Нептун составляет 1,006 года.

Работа Шумейкера и Хелин « Приближение астероидов к Земле как цели для исследования» — часто цитируемая статья, посвященная дельта-сопротивлению, которое необходимо для достижения астероида. Их расчеты дельты V требуют встречи, когда астероид находится в афелии. Что устраняет большинство касательных переходных орбит. Это может сократить окна запуска до столетий.

Если вас устраивает переходная орбита, делающая несколько оборотов вокруг Солнца перед сближением с астероидом, это делает возможные окна запуска более частыми. Но это сделало бы время поездки порядка лет. Многолетнее время полета — это нормально для отправки машин на астероид, но это делает отправку людей намного сложнее.

Почти оптимальное (или, по крайней мере, достаточно дешевое) столкновение тел на сильно эксцентричных сходных орбитах (аналогичный аргумент перицентра, наклонения, периода).

Для оптимального перехода одна часть перехода должна находиться вблизи перицентра нижней орбиты, а другая — вблизи апоцентра более высокой орбиты. Это нормально; это возможно каждый период стартовой орбиты. За исключением того, что тело, с которым вы хотите столкнуться на другой орбите, будет совершенно в другом месте, когда вы находитесь в перицентре. Это проблема, аналогичная той, которую предлагает HopDavid, за исключением того, что вы не можете инициировать передачу всякий раз, когда корабль в любой точке орбиты выровнен с целью, поэтому, если тело A находится под правильным углом впереди тела B, вам нужно тело A в перицентре и тело B - правильный угол перед его апоцентром - примерно возведение в квадрат оценки времени Дэвида Хопа.

Интересно, что для орбит даже одного периода, но гораздо более разных, это может быть проще, поскольку другие маневры для согласования других параметров орбиты (наклонение, аргумент перицентра) требуют так много работы по их фиксации, что оставляют много места для маневра, чтобы сжать сопоставление. фазовый/орбитальный угол в эти маневры.

На этот вопрос уже есть шесть ответов, но я хотел бы включить более общий ответ:

В космическом полете Солнечной системы существует компромисс между топливом (дельта-V) и продолжительностью миссии. Вы можете отправиться практически куда угодно с очень небольшой дельтой V, если вам все равно, сколько времени это займет. И наоборот, если у вас сколь угодно большой бюджет дельты V, вы можете двигаться очень быстро.

На одном конце шкалы находится «межпланетная сеть» , набор низкоэнергетических передач, которые постоянно меняются и развиваются. Используя крошечные толчки от гравитации и проходя через точки Лагранжа, вы можете отправиться практически куда угодно с небольшим количеством топлива, но путешествие может занять тысячелетия.

В середине шкалы находится передача Хомана , своего рода маневр «по умолчанию», который представляет собой наименьшую передачу энергии в сценарии с двумя телами (т. направление). Игроки космической программы Kerbal будут знакомы с этим типом передачи.

На другом конце шкалы стоит наведение носа корабля на планету и нажатие педали в пол . Это возможно только для атомных факелов, к которым у человечества не будет доступа в ближайшее время. Но с высокой дельта-V и высоким ускорением вы можете позволить себе роскошь выбирать гораздо более быстрые, но гораздо менее эффективные траектории к своей цели.

Так какое это имеет отношение к окнам запуска? Применяется та же дихотомия. Чем выше ваш бюджет Delta-V, тем меньше вы зависите от конкретных окон запуска.

На факеле с произвольной дельта-V вы можете запускать практически в любое время.

При использовании переносов Хомана, согласно ответу ХопДэвида, у вас есть окна запуска, которые зависят от относительной разницы между орбитальными периодами, что составляет чуть менее ~ 1 года для внешних планетарных объектов.

При запуске с очень низким бюджетом дельта-V комбинация помощи может варьироваться от редкого случая (как в грандиозном туре «Вояджера-2») до уникального случая, который никогда не повторится точно таким же образом.

Хорошо иметь запланированное окно. Но следует также учитывать, насколько важна ясная погода на стартовой площадке в момент запуска двигателя. Мы запускали шаттлы и был замечательный директор по запуску по имени Боб Сик (имевший метеорологическое образование). Известно, что раньше он мог поднять шаттл в погодную «дыру» из Космического центра Кеннеди. Он должен был всегда следить за погодой и планировать, когда мы заправимся топливом, чтобы добраться до лунки в нужное время. Это было прекрасно! У вас могут быть любые планы, которые вы хотите... но мать-природа и здоровье вашей ракеты в конечном счете решают, когда вы летите.