Powered Explicit Guidance: Должна ли ракета снижаться при выводе на орбиту?

Я смоделировал выход на орбиту, используя Powered Explicit Guidance, как это используется в космическом челноке.

Алгоритм PEG отлично работает. Я попал во все свои цели: высота, скорость, наклонение орбиты, долгота восходящего узла.

Но алгоритм делает то, чего я не ожидал: он заставляет ракету снижаться более чем на 10 градусов, начиная примерно за 30 секунд до выхода на орбиту (в зависимости от высоты цели, но обычно несколько десятков секунд).

И снова все мои цели поражены. И если я попытаюсь предотвратить падение ракеты, когда она это сделает, то я промахнусь. Таким образом, алгоритм четко определяет, что ракета должна снизить тангаж. Делает свою работу, вроде.

Но должна ли ракета так снижаться при выводе на орбиту? Я думал, он будет указывать на горизонт в самом конце, но... нет?

Просто интересно, нормально ли это или (как я подозреваю), мне нужно выяснить, что не так с алгоритмом PEG (несмотря на то, что в остальном он работает безупречно, потому что он всегда всегда достигает моих целей, даже когда я меняю их в середине моделирования).

Спасибо!

Я бы подумал, что это будет что-то о TWR в вашей симуляции - может быть, он был слишком большим, а нисходящий шаг должен был противодействовать любой вертикальной скорости, которую все еще имела сцена.
Спасибо Рубен! Извините, а что вы имеете в виду под TWR? У меня есть значительная вертикальная скорость в конце запуска, и мое первое предположение состояло в том, что алгоритм неправильно оценивал оставшуюся высоту — может быть, потому, что мой расчет эффективной гравитации был неправильным, — но все, что я пытался исправить это, потерпело неудачу. .. ракета может падать меньше, но все равно падает (или, что еще хуже, вообще перестает работать)...
Я считаю, что нисходящий тон в конце вставки не является чем-то необычным — я постараюсь найти примеры из реального мира. Это может указывать на то, что кривая ускорения программы запуска не оптимальна (но PEG делает все возможное с тем, что у нее есть), но я не уверен.
@user39728 user39728 twr относится к соотношению тяги к весу, что относится к кривой ускорения, как упоминал Рассел.
Понижение тона кажется менее серьезным, если я увеличу целевую высоту с 225 км, которые у меня есть сейчас, до, скажем, 300 км... но даже тогда есть тангаж. Плюс могу сказать, что на дальности 225 км ракета вполне могла поражать цели без снижения тангажа. Это похоже на то, как если бы алгоритм неправильно оценивал оставшуюся высоту или, возможно, скорость, с которой он туда попадает, или и то, и другое. Но ничего из того, что я пытался исправить, не сработало...
если отношение тяги к весу (TWR) было слишком большим, увеличение желаемой высоты могло бы исправить это, но подозреваемое снижение отношения тяги к весу, то есть снижение тяги первого, привело бы к более оптимальной траектории - стоит попробовать по меньшей мере
Выведение на орбиту не требует такого уменьшения тангажа. Возможно, это какая-то оптимизация для реальных атмосферных переменных. Возможно, это своего рода запас прочности, который дает им немного дополнительного времени или энергии. Я не вижу запусков союзов, использующих его, и в профилях восхождения на Луну, насколько я могу судить, он не упоминается.

Ответы (3)

Это результат низкого TWR на этапе выхода на орбиту, что типично для гидролокса. Если вы посмотрите потоки ULA, вы увидите, что DCSS и Centaur делают то же самое. По сути, проблема в том, что при такой малой тяге вы не можете достаточно быстро разогнаться по горизонтали до орбитальной скорости; ты упадешь на землю раньше, чем доберешься до орбиты. В результате профиль подъема перевешивается, бросая вас выше целевой орбиты, а затем вы падаете обратно к ней к тому времени, когда достигаете выхода. Это просто для того, чтобы выиграть достаточно времени для горения без повторного попадания в атмосферу.

Однако, поскольку вы вращаетесь вокруг Земли, часть этой избыточной скорости превращается в крошечную ортогональную составляющую, которая делает орбиту эллиптической. Шаг вниз должен применить противоположную ортогональную составляющую и вернуть орбиту к круговой к моменту ввода.

Да, это неэффективно. Но это по-прежнему (очень близкое приближение; ПЭГ не идеален ) самый эффективный способ добраться до космоса. Это должно быть неэффективным, потому что низкий TWR неэффективен - теоретический идеал для любого вида вакуумного орбитального маневра - бесконечно малые горения TWR, разделенные побережьями; Гидролокс со сверхнизкой TW далек от этого идеала.

Тем не менее стоит использовать, потому что повышение эффективности сгорания от использования гидролокса более чем компенсирует потери наведения, вызванные низкой тягой.

И обратите внимание, что более низкий TWR означает меньший (легче, дешевле) двигатель.
Примечание после прочтения комментариев: это исчезает, когда вы пытаетесь достичь более высокой орбиты; мало того, что у вас есть больше времени, чтобы добраться туда (и, следовательно, вам нужно меньше или совсем не нужно перелетать), вам нужна меньшая горизонтальная скорость, чтобы оставаться там.

Это похоже на орбитальную версию в стиле SpaceX, зеркальное отражение того, как они приземляются. Движение по орбите предполагает достижение определенной тангенциальной скорости на определенной высоте. Гравитация сделает все остальное.

По логике, никто не будет носить с собой дополнительное топливо (вес), чтобы противостоять гравитации, действительно, ночная съемка показывает орбитальные запуски как плавные кривые «вверх и вверх».

Может быть экономия топлива за счет превышения вертикальной скорости, а затем ее корректировки, возможно, за счет сокращения времени горения. Его можно применить к ракете, которой требуется больше горизонтальной составляющей скорости, но необходимо замедлить ее вертикальную составляющую скорости.

Логично, но как-то забавно, чем выше орбита, тем "лекарства" тангажируют вниз, но только потому, что орбитальная скорость меньше, а орбитальный радиус разворота больше! В этом смысле компьютеры «тупые».

Вместо того, чтобы просто следить за программированием, можно вернуться на 50 лет назад, когда «алгоритм» означал проговаривание его перед переводом на компьютерный язык. Большинство ракет являются «ступенчатыми», с окончательным «толчком» намного меньшим, чем стартовая тяга.

Из-за отсутствия сопротивления воздуха на высоте для более длительного горения с меньшей тягой может потребоваться меньшая коррекция тангажа, но может потребоваться больше топлива .

Это интересный момент; одна возможная теоретическая (но не очень практическая) траектория выхода на орбиту с двигателем - это просто обратный вход во времени; с мгновенным сопротивлением, преобразованным в мгновенную тягу.
Это более практично, когда нет атмосферы?
@Innovine в космосе «перетаскивание» может быть создано с небольшим количеством противоположного ожога.
@uhoh При запуске вы поднимаетесь над значимой атмосферой, прежде чем выполнить большую часть своего горизонтального горения, в то время как для повторного входа требуется эта атмосфера и, следовательно, она ниже. Кроме того, профили ускорения очень разные, ракета не может эффективно соответствовать тому, что происходит при входе в атмосферу. Даже на безвоздушном теле они не совпадают, потому что ракета несет разное количество топлива. (Если бы у вас был волшебный двигатель без топлива и вы не возражали бы против самоубийства, траектории были бы идеальным совпадением.)

Подумайте только о вертикальном движении. Транспортное средство имеет большую восходящую скорость. Что уменьшает это до небольшого или нулевого количества, необходимого для орбиты?

Вы можете подождать, пока гравитация сделает это, но при скорости 10 м/с^2 это займет много времени.

Вы направляете двигатель вверх, чтобы увеличить это нисходящее ускорение и уменьшить восходящую v до того, что требуется для орбиты.

Powered Explicit Guidance: Должна ли ракета снижаться при выводе на орбиту?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v