В качестве небольшого проекта в рамках курса проектирования космических кораблей я должен спланировать полет к Титану, спутнику Сатурна. Рекомендуемая траектория - перенос Хомана, так как легко рассчитать дельта-V и окна запуска. Моя проблема в том, что после быстрого расчета моя дельта-v составляет более 20 км / с только для того, чтобы получить переходную орбиту вокруг Сатурна. Можно ли предположить, что дельта V вылета целиком задается пусковой установкой, которая уменьшит ее примерно на 10 км/с?
Я вдохновился документацией миссии Кассини, и они решили не использовать передачу Хомана. Это решение было мотивировано тем, что самая мощная на тот момент пусковая установка не могла дать достаточную дельту V. Ей не хватало около 2 км/с. Реально ли планировать эту миссию с переходом Хомана, учитывая более новую ракету-носитель и более легкий космический корабль (Кассини весит 2523 кг) или необходимо использовать гравитационные средства?
Я вполне уверен, что в обозримом будущем любая миссия на Сатурн или, если уж на то пошло, куда-нибудь за пределы Юпитера, будет включать в себя пролет Юпитера, потому что это дает такую огромную помощь гравитации.
Лучший способ найти хороший гравитационный ассистент — поиграться с браузером траекторий НАСА . К сожалению, это не позволяет найти оптимальные решения для Лун, но вы можете найти их для Сатурна. Оттуда вы должны добавить необходимую дельту v для выполнения орбитальной миссии, учитывая, что вы находитесь в C3.
Говорить о том, что "дельта V вылета целиком задается пусковой установкой, которая уменьшит ее примерно на 10 км/с" не имеет особого смысла. Тот факт, что для выполнения маневра используется другой этап, не означает, что он уменьшает дельта-V. Скорее всего, вы отправитесь на парковочную орбиту на НОО, прежде чем выйти на транссатурновскую орбиту. Когда вы находитесь на этой парковочной орбите, нет никакой разницы, считать ли дельта-V исходящей от верхней ступени ракеты-носителя или исходящей от самого космического корабля — вы просто по-разному распределяете массу.
Конечно, в целом вы хотели бы использовать ракету-носитель для выполнения как можно большего количества маневров, чтобы вы могли избавиться от пустой массы, чтобы сделать будущие маневры более эффективными.
Вопрос о том, насколько реальна передача Хомана для этого сценария, действительно зависит от вас. Как упоминалось в комментариях, для любой миссии к внешним планетам потребуется помощь гравитации, основанная на текущих возможностях пилотируемых космических кораблей. Новые усовершенствования в ракетных двигателях и ракетном топливе могут сделать возможным использование более простого подхода в будущем, но более важной альтернативой является использование ионных двигателей (или, возможно, солнечных парусов) для достижения межпланетного перелета с малой постоянной тягой. Хотя использование этого подхода полностью меняет то, как вы смотрите на траекторию, поскольку мы не можем предполагать мгновенные изменения скорости.
Поскольку это для курсового проекта, я бы предложил следующую стратегию: в любом случае использовать перенос Хомана, но признать ограничения дельта-V и, возможно, даже показать исследования чувствительности того, как изменяется максимальная масса космического корабля в зависимости от разных пусковых установок (или, может быть, просто варьировать Isp для вашего топлива), а также то, как меняется требуемая дельта-V (и/или Isp) в зависимости от заданной массы космического корабля. В противном случае планирование вполне реалистичной миссии на Титан невозможно без гравитационных средств или космического корабля значительно меньшего размера.
TildalWave
Тонио