При орбитальном сближении, на каком расстоянии и скорости сближения происходит переход от орбитальной механики к «плаванию на лодке»?

Во время перехватной (конечной) фазы орбитального сближения перехватывающий космический корабль должен использовать пропорциональную навигацию или орбитальную механику для разработки курса перехвата: все эти нелогичные вещи «отступить, чтобы догнать». Однако на этапе торможения и стыковки перехватчик использует интуитивно понятное маневрирование «на лодке».

Вопрос: При орбитальном сближении, на каком расстоянии и скорости сближения происходит переход от орбитальной механики к «катанию на лодке»?

Докторская диссертация Базза Олдрина об орбитальном сближении доступна по адресу https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/12652 . В ней есть общий обзор, который на удивление удобочитаем.

Здесь нет перехода в том смысле, в котором всегда применяется орбитальная механика. Однако в какой-то момент эффекты настолько малы, что их можно игнорировать. Значение «достаточно маленькое» зависит от приложения, т. е. от того, какую ошибку вы можете допустить. Я не знаю, можете ли вы поставить общеприменимую цифру на это...
Я не знаю, как это делается на практике, но я предполагаю, что общее эмпирическое правило будет заключаться в том, что вы можете более или менее игнорировать орбитальную механику, когда время до стыковки намного меньше, чем орбитальный период.
@Litho Я второй, но я бы заменил «время до стыковки» на «длительность маневра»
@asdfex Да, хорошая мысль.
Время здесь не имеет особого значения. Преследователь может оставаться рядом с целью, пока позволяют запасы топлива. Удержание позиции на радиус-векторе для шаттла стоило ~ 300 фунтов винта на орбиту на расстоянии 400 футов, 100 фунтов на оборот на 40 футах.
@ Людо Я не совсем уверен, что ОП подразумевает под «плаванием на лодке», но есть переход, возможно, несколько переходов, которые варьируются от преследователя к преследователю и от цели к цели. Ключевой переход происходит, когда становятся активными датчики относительной навигации машины-преследователя.
Исходя из моего опыта в KSP, ответ "никогда". Но если вы можете завершить свой маневр менее чем за 1/4 орбиты, эффект будет незначительным. Если вы можете завершить маневр менее чем за 1/10 орбиты, вы даже не заметите его «орбитальную динамику». OTOH, если ваш маневр занимает ровно половину орбиты, то ... вы <<цензурное ругательство>>, все работает ровно и одинаково противоположно тому, что вы ожидаете, если только вы не планируете обратное, то это происходит на 90 градусов от того, где вы думали это было бы.
Re: «Покататься на лодке», я имел в виду это в том же смысле, что и описание Уолли Ширрой его встречи с Близнецами: «играть в игру, управляя автомобилем, или управляя самолетом, или толкая скейтборд». По сути, это означает игнорирование орбитальной механики.
Спасибо за все вклады. Отличные ответы.
@CuteKItty_pleaseStopBArking, маневры Hbar/нормальные достигают своего максимального эффекта за четверть орбиты от точки горения (и не имеют чистого позиционного эффекта после половины орбиты). Маневры Rbar/radial достигают своего максимального эффекта на половине орбиты, в то время как маневры Vbar/prograde накапливаются непрерывно; точка полуорбиты — это как раз точка максимальной контринтуитивности.
@CuteKItty_pleaseStopBArking: Мой опыт KSP говорит, что орбитальная механика становится небольшой поправкой при приближении примерно на 2 км, и я переключаюсь с графика пересечения орбиты на линейное пересечение и коррекцию дрейфа. Потом снова буду на 200 метров за 200 секунд.
@ Джошуа 200 секунд на 30-минутной орбите. Прямо на 1/10 орбиты, где я говорю, что орбитальная динамика становится почти незаметной. Тем не менее, при приближении к цели ваша цель будет немного дрейфовать в том же направлении. Немного, но вы знаете, что вам нужно будет применить одну и ту же поправку несколько раз, даже если это будет всего несколько градусов или 1/20 скорости захода на посадку при боковой тяге. И всегда (для данного подхода) в одном и том же направлении смещения. Привет, орбитальная динамика! Теперь попробуйте тот же подход с 2 км, но ограничьте скорость подхода до 1 м/с. Наступят веселые времена.
@CuteKItty_pleaseStopBArking: инструменты дают только две степени точности, но, что еще хуже, при 1 м / с вы начинаете сталкиваться с проблемой степеней свободы, пытаясь исправить выравнивание подхода. По сути, вы не можете делать сколь угодно маленькие поправки, потому что минимальное время записи RCS слишком велико. Я состыковываюсь со скоростью 0,5 м/с, но делаю постоянные поправки на 10 м.

Ответы (3)

Орбитальная механика применяется всегда.

Для шаттла две разные фазы работы назывались Rendezvous Ops и Prox Ops.

Точка останова между ними была определена в Правилах полета космического корабля "Шаттл" , Правило A2-116 (выделено мной).

A. ОПЕРАЦИИ РНДЗ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ВКЛЮЧАЮЩИМИ ВСЕ МАНЕВРЫ ОРБИТРОВ РНДЗ И СВЯЗАННЫЕ С РНДЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ, ЗАВЕРШАЮЩИЕСЯ НАЧАЛОМ ПРОКС ОПС.

B. PROX OPS НАЧИНАЕТСЯ ПО ЗАВЕРШЕНИИ RNDZ OPS, КОГДА ДАЛЬНОСТЬ ОРБИТРА ДО ЦЕЛИ СОСТАВЛЯЕТ <1000 ФУТОВ И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ LVLH СОСТАВЛЯЕТ <1 FPS ПО КАЖДОЙ ОСИ.

РНДЗ ОПС использует наведение, навигацию и управление с обратной связью для достижения желаемого относительного состояния. PROX OPS - это деятельность после RNDZ, в которой для «управления» траекторией орбитального аппарата используются другие методы, чем те, которые используются во время RNDZ OPS. Эти методы основаны на визуальных наблюдениях экипажа и методах пилотирования для достижения желаемого относительного состояния. Эти определения приведены для справки.

Эффекты орбитальной механики во время прокси-операций описаны в этом отрывке из Справочника по обучению экипажа АО «Рандеву» (в настоящее время нет в сети).

скан страницы учебника, показывающий графики различных относительных движений. выдержки: Позиградная скорость приводит к радиальному ускорению вверх; ретроградная скорость приводит к радиально-нисходящему ускорению / радиально-восходящая скорость приводит к ретроградному ускорению; радиальная скорость вниз приводит к положительному ускорению / радиальное положение приводит к ускорению от цели / положение вне плоскости приводит к ускорению к плоскости

Где взять этот мануал??

Капитан Уолли Ширра был первым человеком, которому удалось осуществить космическое рандеву. Вот, более или менее, как он ответил бы на вопрос (это цитата капитана Ширры после Gemini 6A):

«Кто-то сказал ... когда вы приближаетесь к трем милям (5 км), вы встречаетесь. Если кто-то думает, что они устроили рандеву на расстоянии трех миль (5 км), получайте удовольствие! наша работа. Я не думаю, что рандеву окончено, пока вы не остановитесь - полностью остановитесь - без относительного движения между двумя транспортными средствами, на расстоянии примерно 120 футов (37 м). Это рандеву! С этого момента это удержание на месте. Вот когда вы можете вернуться и поиграть в игру с вождением автомобиля, или самолетом, или толканием скейтборда — это примерно так просто».

После того, как рандеву дойдет до точки, где расстояние между «преследователем» и «целью» уменьшится примерно до 1000 футов или менее, пилот преследующего автомобиля обнаружит, что если все относительное движение по отношению к целевому транспортному средству будет уменьшено до нуля (или почти нуля), задача поддержания устойчивого положения (опять же по отношению к целевой машине) или удержания на месте становится довольно простой — как выразился капитан Ширра: «Вот тогда вы можете вернуться и сыграть в игру водить машину, летать на самолете или кататься на скейтборде — все просто».

Другими словами, как только машина-преследователь достигла условий, необходимых для удержания на месте, эффекты орбитальной механики становятся почти незаметными — и тем менее заметными, чем ближе две машины находятся друг к другу (относительное движение поддерживается на низком уровне)...

Чтобы представить ситуацию в перспективе, в Справочнике по обучению экипажа рандеву НАСА (от ноября 1998 г.) говорится, что для орбитального корабля космического корабля "Шаттл" удержание станции на Vbar на расстоянии 1000 футов и на круговой орбите в 160 морских миль не должно требовать более ~70 фунтов. топлива на орбиту. Это довольно низко. В качестве альтернативы указанная ссылка также утверждает, что, если указанное удержание вместо этого установлено на высоте 40 футов на Rbar (с теми же целевыми параметрами орбиты транспортного средства), указанное потребление винта должно составлять порядка 100 фунтов/об.

К вашему сведению, обычно можно сделать вывод, что чем проще задача пилотирования, тем ниже скорость потребления пропеллеров.

Переход от орбитальной механики к интуитивному маневрированию «управления автомобилем» определяется не расстоянием или временем, а изменением угла орбитальной фазы во время маневра.

Если запланированный маневр завершается при малом фазовом угле орбиты (скажем, 5° или 2 минуты на НОО), орбитальная механика будет играть небольшую роль в относительной траектории между целью и перехватчиком. Если запланированный маневр займет 180* (час на НОО), орбитальная механика даст максимальный эффект. Эффект орбитальной механики никогда не исчезает для коротких маневров… он просто уменьшается по величине, пока не теряется в «удержании станции».

Полезной аналогией является сила Кориолиса на карусели. Вы не можете играть в снукер на карусели, потому что аттракцион значительно вращается во время траектории движения мяча. Тем не менее, пистолет по-прежнему будет «стрелять прямо» на карусели, поскольку продолжительность полета пули составляет лишь малую часть оборота аттракциона.

При орбитальном сближении, на каком расстоянии и скорости сближения происходит переход от орбитальной механики к «плаванию на лодке»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v