Почему окно запуска TESS было открыто всего 40 секунд в день?

Новостной подкаст BBC «Наука в действии», эпизод «Миссия по охоте за новой планетой» , рассказывает о предстоящей миссии TESS 01:00 and 07:15с участием Сары Сигер, заместителя директора TESS по науке Массачусетского технологического института, Кембридж, Массачусетс.

После того , как д- 03:30р Сигер упоминает, что окно запуска длится всего 40 секунд , причем (по крайней мере, одно) последующее окно запуска происходит на следующий день.

Повторение окна запуска примерно через 1 день предполагает (по крайней мере, для меня), что узость окна сильно связана с вращением Земли . Орбита TESS всегда связана с Землей, но требует тщательной синхронизации с орбитой Луны, имеющей резонанс 2: 1, как обсуждается в этом ответе , а также в видео и других ссылках в нем.

За 40 секунд мыс Канаверал поворачивается примерно на 0,17 градуса вокруг оси Земли, перемещаясь всего на 16 километров в геоцентрической системе отсчета.

Вопрос:

Является ли запуск на самом краю того, на что Falcon 9 способен энергетически, или он слишком сложен с точки зрения вычислений или навигации, чтобы включить его в сложную серию маневров за пределами этого 40-секундного, 16-километрового, 0,17-градусного окна , которое повторяется на следующий день?

Или это может быть отчасти бравадой или излишеством SpaceX, что можно косвенно вывести из вопроса, ответов и комментариев, связанных с тем , почему у миссии на Солнце-Земля L1 должно быть окно мгновенного запуска? . Это маловероятно, так как окно имеет конкретную конечную продолжительность в 40 секунд, а не обсуждаемое здесь 1-секундное, фактически мгновенное окно.

Подробнее о потенциальных ежедневных повторениях окна можно узнать из статьи Spaceflight 101 TESS Orbit Design :

Из-за большого количества ограничений и большого разнообразия начальных условий, обнаруженных в относительной геометрии начальной орбиты и Луны, проектировщики траекторий разработали автоматизированный алгоритм проектирования траекторий, который учитывает параметры космического корабля, статистику ошибок, силовые модели и различные таких ограничений, как затмения, верхние границы перигея, апогея и периода и т. д. Автоматизированный процесс предоставляет оптимизированное решение для каждой возможной даты запуска, которое затем подвергается процессу обеспечения качества, чтобы убедиться, что все требования удовлетворены — создается пять дискретных окон запуска для каждой месяц продолжительностью от одного до четырех дней каждый.

Этот абзац не относится напрямую к 40-секундному окну, но вместо этого предполагает, что окно может повторяться в течение четырех дней подряд несколько раз, если я правильно понимаю.

Удобные ссылки для пояснений и обсуждений С 3 параметр (относительно «Находится ли запуск на самом краю того, на что Falcon 9 способен энергетически, или ...»):

Не ответ, а, возможно, намек: это может быть связано со сложностью или отсутствием таковой системы наведения. 14 км могут быть настолько далеки от «курса», насколько это возможно, и все же зафиксировать окончательную траекторию. Конкретных доказательств нет, но обратите внимание, что комментаторы иногда отмечают, что Atlas может справиться с более сильным ветром на высоте, чем Falcon, благодаря «более гибкому управлению», и было освещено множество (1000) загрузки Atlas «программ управления», чтобы справиться с задержками. .
@BobJacobsen Если бы у них была одна хорошая и гибкая программа, им не понадобились бы тысячи из них (юмор!) Похоже, комментаторы склоняются к возможности «... или это слишком сложно с точки зрения вычислений или навигации ...».
В системах управления «программа» иногда означает последовательность: иметь эти уставки и параметры контура в течение этого времени, затем переключиться на них до этого состояния, затем перейти к этим. Как правило, это будет иметь диапазон действия, прежде чем вам придется заменить его другим.
@BobJacobsen прав, поэтому ярлык «юмор». В этом десятилетии не будет «автопилота» ИИ для ракет (надеюсь).
Я согласен с @BobJacobsen в том, что это связано с руководством. Соревнованиям нравится хвастаться тем, насколько они более изощренны. mobile.twitter.com/torybruno/status/774073361047572480?lang=ru
И я уверен, что дополнительный цикл разработки программного обеспечения не так полезен для SpaceX из-за короткого времени ожидания с уплотненным топливом.
@uhoh Интересная находка! Возникает вопрос, как возникают эти «требования к загрузке топлива» для этой миссии. IIRC, были и другие миссии с более длинными окнами, так что это не совсем само транспортное средство.
Комментарии в теме forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=36349.260 предполагают, что часть ответа связана с расчетом предотвращения столкновений. Ни слова о том, зачем это нужно.

Ответы (1)

Короткое окно запуска, по-видимому, связано с сочетанием очень точных требований к орбите TESS и склонности SpaceX к браваде.

Другие источники:

Информации о точных причинах мало, и я читал несколько противоречий (а может быть, их просто несколько):

Отсюда (из OP в комментариях):

В каждый день запуска ежедневное окно будет длиться всего несколько секунд в зависимости от требований к загрузке топлива Falcon 9.

Однако здесь говорится :

Falcon 9 стартовал ровно в 22:51:31 UTC, открытие 30-секундного окна, ограниченного жесткими временными требованиями TESS, чтобы перехватить окно пролета Луны через месяц после полета.

Итак, давайте попробуем прийти к разумному выводу, используя более базовую информацию.

Анализ

Орбитальный дизайн

Оптимальное время запуска точно не определяется вращением Земли, а скорее высотой Луны во время запуска (что, очевидно, тесно связано с вращением Земли).

Внимательное прочтение этого документа дает нам следующие рассуждения:

  1. Чтобы достичь своей конечной орбиты миссии с высокой точностью, TESS необходимо выполнить свою лунную помощь с высокой точностью - конечная орбита будет очень чувствительна как к наклону, так и к аргументу перицентра пролета.
  2. Чтобы точно нацелить лунную помощь, фазирующие орбиты должны быть точно запланированы и должным образом наклонены.
  3. Фазирующие орбиты используют граничную серию чередующихся маневров повышения апогея и перигея со слабой устойчивостью :

... космический корабль произведет значительный разгон, когда снова приблизится к Земле через шесть дней, чтобы поднять верхнюю точку своей яйцевидной орбиты, чтобы соответствовать орбитальному расстоянию Луны. Следующие две орбиты будут заполнены корректирующими маневрами для уточнения траектории пролета.

Однако это «значительное повышение» включено в бюджет delta-v всего на 208 м с − 1 для всей серии маневров, включая последний Маневр Регулировки Периода .

Фазирующие орбиты показаны зеленым цветом:

Принимая это во внимание, бюджет TESS составлял всего:

8 м/с для поддержания перигея фазированной орбиты, 28 м/с для стартового рассеивания и 25 м/с для маневров коррекции траектории,

При таком небольшом бюджете о корректировке долготы перигея не могло быть и речи. При использовании одиночного впрыска со стояночной орбиты НОО, такой как эта, аргумент перигея полностью определяется временем впрыска. Наклон задается азимутом пуска, но может регулироваться с помощью изгибов.

Из всего этого мы можем сделать вывод, что инъекционный прожиг должен был быть выполнен очень точно ( через 43 минуты после запуска ) и рассчитан по времени, чтобы совпасть с правильным относительным наклоном и возвышением Луны, потому что у TESS была ограниченная возможность исправить это задним числом.

Однако во время запуска можно было внести некоторые исправления, если Falcon 9 был способен.

Возможности Falcon 9

Было хорошо задокументировано , что Falcon 9 был слишком большим для запуска TESS. Типичная посадочная грузоподъемность ASDS F9 составляет ~ 5500 кг . Тем не менее, орбита выведения TESS 248 км x 270 000 км значительно выше, чем у типичного GTO . Этот калькулятор предлагает требование дельта-V ~ 3080 м с − 1 для этой орбиты - увеличение на 26%. По моим оценкам, это даст F9 грузоподъемность на орбите TESS ~ 3600 кг с учетом посадки ASDS.

Это намного больше, чем 325 кг TESS , поэтому мы знаем, что у верхней ступени все еще было достаточно топлива.

Однако большая часть этого запасного топлива была использована для вывода разгонного блока на гелиоцентрическую орбиту после отделения полезной нагрузки, как указано в этой подробной временной шкале запуска .

Исходя из этого, мы можем предположить, что Falcon 9 не мог выполнять огромные корректировки курса во время запуска, но, безусловно, достаточно, чтобы не требовать такого узкого окна.

В заключении

Орбита выведения подвергалась очень жестким ограничениям, чтобы миссия была успешной, но запуск - в меньшей степени. SpaceX в своем обычном стиле, по-видимому, хотела очень точно нацелиться на номинальный профиль запуска, чтобы обеспечить больший запас для посадки дрона.

Дальнейшее чтение

  • В этом документе дается подробный анализ конструкции орбиты TESS, но основное внимание уделяется отделению ракеты-носителя после запуска.
  • Скотт Мэнли дал хороший комментарий по конструкции орбиты.

Примечание. Здесь, очевидно, есть некоторые предположения с моей стороны, но я пытался полагаться на надежные ресурсы.

Я знаю, что мой анализ здесь довольно длинный и извилистый, пожалуйста, дайте мне знать, если я могу уточнить.
Этот ответ довольно тщательный и хорошо подготовленный!
Спасибо @uhoh, я добавил некоторые разъяснения по корректирующим маневрам, но, пожалуйста, не стесняйтесь редактировать, если считаете, что это можно сделать яснее. Я становлюсь немного косоглазым, глядя на все эти орбитальные траектории!
Я не смог найти никакой дополнительной информации о предотвращении столкновений, поэтому я решил не упоминать об этом, пока не появится что-то еще.
Выглядит здорово, спасибо большое, что заглянули сюда!
Почему окно запуска TESS было открыто всего 40 секунд в день?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v