Варианты траекторий Титана

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 думаю, что для прямого полета Хохмана на Сатурн вам понадобится ракета-носитель, которая обеспечит вам дельта-v более 17 км / с для перехода на 5 с лишним лет. Это нереально ожидать от современных ракет-носителей без выполнения маневров в дальнем космосе и/или облетов с помощью гравитации (по крайней мере, DSM + облет Земли, возможно, также облет Юпитера), и вам все равно потребуется как минимум 3 км/с для поста. орбитальная инъекция. Почему вы не можете использовать инструменты траектории, такие как, скажем, программа NASA Trajectory Browser ? Я не вижу смысла придерживаться прямой передачи Хохмана.
Прямой перенос Хомана — это именно тот метод, который предпочитает профессор, поскольку мы можем легко создавать алгоритмы для вычисления значений. После некоторых чтений я забуду этот совет и воспользуюсь гравитацией, используя инструменты траектории, как вы мне советуете. Спасибо за ссылку.

Ответы (2)

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.

Я немного поигрался с браузером траекторий, но не уверен, что что-то понял. Инструмент рассчитывает траектории по 200-километровой НОО-орбите. Означает ли это, что я должен добавить Delta-V, чтобы выйти на парковочную орбиту? Если я прав, это означает, что из лучших результатов браузера траекторий (6,35 км/с) я набираю «всего» 4 км/с. Есть ли способ рассчитать передачу с несколькими гравитационными ассистентами?
Да, это правильно. Множественные гравитационные ассисты сложны...
"...в С3." -- Какой С3? Если C3 отрицателен, это будет эллиптическая орбита. Если C3=0, это параболическая орбита убегания. Если C3 > 0, это гиперболическая орбита. en.wikipedia.org/wiki/Characteristic_energy . В случае гелицентрической орбиты, приближающейся к Сатурну, C3 относительно Сатурна будет положительным (другими словами, гиперболой).

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.