Почему после достижения 108 000 метров высота шаттла уменьшилась?

Недавно я просмотрел этот небольшой информационный бюллетень НАСА: Math and Science @ Work; Подъем космического корабля

Время Высота Скорость Ускорение Комментарий
(с) (м) (РС) (м/с^2)
20 1244 139 18,62
40 5377 298 16.37
… … … …
280 105321 2651 13,92
300 107449 2915 14.90
320 108619 3203 15,97
340 108942 3516 17.15 максимальная высота
360 108543 3860 18,62
380 107690 4216 20.29
400 106539 4630 22.34
420 105142 5092 24,89
440 103775 5612 28.03
460 102807 6184 29.01
480 102552 6760 29.30 максимальное ускорение
500 103297 7327 29.01
520 105069 7581 0,10

оригинальный скриншот

Примечание: обратите внимание на таблицу, что высота при старте была отрицательной. Нулевая высота может быть описана как определенное расстояние от центра Земли. Поскольку Земля не является идеально сферической, место запуска оказывается ниже указанной точки. Кроме того, поскольку это расчетное число, может присутствовать некоторая степень погрешности.

Как видите, с течением времени скорость и высота ракеты росли экспоненциально. [ИСПРАВЛЕНИЕ: я ошибочно принял эти данные за что-то другое. Высота/высота НЕ увеличиваются экспоненциально, извините за это!] Однако, почему высота перестала увеличиваться после достижения 108 000 м, а затем после этого уменьшилась?

Кроме того, почему скорость разгона была непостоянной на протяжении всего взлета? Почему он был самым высоким, когда высота уменьшалась?

Спасибо, я работаю над проектом, связанным с уравнением ракеты, и мне интересно, стоит ли упоминать об этом в указанном проекте. :)

Ускорение непоследовательно, потому что тяга непостоянна. Тяга SRB кумулятивная, маршевые двигатели дросселируются. Наряду с SRB, которые заканчиваются на полпути.
« Почему скорость в основном «останавливается» после достижения 108 000 м ». Только вертикальная составляющая скорости. Общая скорость, показанная в третьем столбце, все еще увеличивается. Целевая высота, кажется, составляет 105 км. Но в первый раз, когда транспортное средство попадает в эту цель, общая скорость составляет всего 2600 м/с. Это намного ниже требуемой скорости в 7200 м/с, необходимой для пребывания на орбите.
Добро пожаловать на Stack Exchange! Я изменил формат вашего вопроса и исправил несколько слов, посмотрите и не стесняйтесь редактировать дальше.
«расти в геометрической прогрессии» вводит в заблуждение и является неточным. Кривая, действительно, совершенно не похожа на «экспоненциальную».
Частичный ответ: « Почему скорость ускорения непостоянна на протяжении всего взлета? Почему она максимальна при уменьшении высоты? » ускорение увеличивается, поскольку тяга остается постоянной, а масса транспортного средства уменьшается из-за израсходованного топлива. (тяга на самом деле немного увеличивается по мере того, как атмосфера истончается, это не будет очевидно в вашем наборе данных). Резкое падение ускорения на 2-й минуте происходит, когда тяга резко падает из-за того, что двигатели Solid Motor завершают свое горение.
what-if.xkcd.com/58 "Добраться до космоса легко. Проблема в том, чтобы остаться там... Чтобы не упасть обратно в атмосферу, нужно двигаться боком очень, очень быстро".
«Однако, почему высота перестала увеличиваться после достижения 108 000 м, а затем уменьшилась?» - Я полагаю, что это не редкость для долгогорящих разгонных блоков с малой TWR (например, Centaur), где первая ступень "бросает" разгонную ступень выше заданной орбитальной высоты, чтобы дать разгонному блоку достаточно времени для кругового движения. Тем не менее, космический челнок не имеет особенно низкого TWR, поэтому я не уверен, почему профиль полета такой, какой он есть в этом случае.
Перечисленные цифры ускорения поначалу казались немного неверными. Если вы ускоряетесь на 18 м / с 2 затем после 20 секунд ваша скорость будет 360 м / с , верно? Я предполагаю, что скорость изменения (вертикальной составляющей) скорости - это указанная цифра за вычетом силы тяжести Земли ( 9,81 м / с 2 )? Предполагая, что в начале ускорение более или менее прямо вверх. В некотором смысле имеет смысл, поскольку перечисленное ускорение — это то, что астронавты (и конструкция) должны выдержать.
Падение высоты на большой высоте неофициально называлось «падением», IIRC. Траектория была сформирована таким образом из соображений оптимизации производительности (отражая тонны анализа и «большой физики»). Интересный независимый вопрос будет касаться конкретных причин, лежащих в основе упомянутого «провисания».
@AL, это гораздо более привлекательная таблица. Но на 31% длиннее, чем оригинал. Мне интересно, есть ли у этой техники форматирования способ уменьшить количество вертикальных пробелов над и под числами (которые в настоящее время в 2,6 раза больше высоты шрифта)?
@PcMan Я исправлен. Кажется, я запутался в чем-то другом, что я видел.. ^^;

Ответы (4)

Падение ускорения примерно на 40-й секунде полета связано с дросселированием шаттла, чтобы уменьшить аэродинамическую нагрузку на транспортное средство. Затем он ускоряется, когда проходит эту точку.

Падение ускорения на 2-й минуте полета связано с выработкой и выбрасыванием твердотопливных ускорителей.

Затем ускорение продолжает нарастать, поскольку тяга двигателей постоянна, но масса транспортного средства становится все меньше и меньше по мере расхода топлива. Пиковое ускорение связано с малой массой при почти пустом баке и не связано с высотой.

На самом деле, ближе к концу подъема шаттл замедляется по мере уменьшения массы, чтобы удерживать ускорение ниже 30 м/с/с по конструктивным причинам.

Изменение высоты происходит из-за того, что шаттл превышает свою начальную высоту, поэтому после этого он может направить всю свою тягу на горизонтальную скорость. Таким образом, он на самом деле немного падает, поскольку продолжает гореть и ускоряться по горизонтали, но в конечном итоге эта горизонтальная скорость приводит к тому, что он больше не падает (поскольку земля падает ниже него с той же скоростью).

ОП задает два отдельных вопроса, и хотя я думаю, что здесь рассматривается аспект ускорения, причина потери высоты объясняется плохо. Вполне возможно летать по профилю подъема, который никогда не имеет нисходящей скорости. Я подозреваю, что за выбором профиля скрывается сложная причина, и буду рад получить дополнительную информацию.
Это связано с руководством PEG для достижения целевой скорости; это объясняется на страницах с 4-5 по 4-12 Рабочей тетради по восхождению, но я бы солгал, если бы сказал, что понял это. gandalfddi.z19.web.core.windows.net/Shuttle/…

Что бы это ни стоило, Saturn V сделал то же самое, выйдя на парковочную орбиту. Разные транспортные средства с разной силовой установкой и постановкой, но результат, по сути, один и тот же:

Высота Сатурна V

Источник: Руководство по летной эксплуатации Saturn V. Обратите внимание, что метки графиков для второй (S-II) и третьей (S-IVB) ступеней отсечки неправильно поменяны местами. Источник объясняет сгорание третьей ступени выходом на парковочную орбиту Земли:

Первый запуск S-IVB помещает транспортное средство на высоту 100 морских миль (NMI), почти круговую, EPO.

Ответ Innovine дает одно объяснение: аппарат преодолел желаемую высоту, но ему нужно набрать скорость, чтобы оставаться на орбите. Другой способ взглянуть на это с точки зрения апогея и перигея. Аппарат достиг максимальной высоты (апогея), но перигей пересекает землю. Чтобы поднять перигей до орбитальной высоты, необходим еще один ожог.

Руководство PEG снова.

Давайте посмотрим на цифры. Ускорение высокое на старте (полная сила!). Оно немного снижается на 40-й секунде, но затем неуклонно увеличивается из-за потери массы. Между 100 и 120 секундами происходит резкое падение ускорения. Два главных двигателя сбрасываются. Начиная с нижнего значения ускорение непрерывно увеличивается. Несколько линейным образом. При достижении наибольшей высоты шаттл движется горизонтально, после чего переходит на более низкую орбиту. Ускорение увеличивается до максимума около 480 секунд. Примерно через 500 секунд сила отключилась, и шаттл достиг высоты около 105 километров. Эта высота будет увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнута стабильная орбита.

Этот ответ не добавляет ничего нового, кроме другого ответа . После выключения основных двигателей орбита не изменится, если не будет выполнен другой двигательный маневр (или не произойдет столкновение с атмосферой).

Для получения дополнительной информации взгляните еще раз на график, вы видите график подъема в зависимости от тяги и ускорения: https://gandalfddi.z19.web.core.windows.net/Shuttle/Shuttle_And_Misc_Pictures/ascent.gif Дополнительная информация о шаттле: https://gandalfddi.z19.web.core.windows.net/Шаттл/

Кен, добро пожаловать на обмен космическими стеками. Вы могли заметить, что я сделал ссылку на документ с вашего чрезвычайно ценного сайта в комментарии к первому ответу. Сайты обмена стеками сильно отличаются от большинства сайтов «форумов» - с одной стороны, есть большая разница между ответами и комментариями. Я предлагаю вам потратить некоторое время на чтение вопросов и ответов здесь, прежде чем погрузиться в них. Ваш обширный запас информации о шаттлах будет здесь настоящим подспорьем!
Почему после достижения 108 000 метров высота шаттла уменьшилась?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v