الإدخال المداري: التعرض للاحتجاز

في 10 مارس 2006، بعد سبعة أشهر في الفضاء، قام مركبة استطلاع المريخ NASA بإطلاق محركاتها الرئيسية الستة لمدة 27 دقيقة. وكان لجزء من ذلك الوقت خلف المريخ، خارج نطاق الاتصال اللاسلكي: ولم يستطع أحد على الأرض أن يعرف ما إذا كان قد عمل. ولو فشل الاحتراق، لحلقت المركبة الفضائية فوق المريخ ودخلت مدارا لا نهاية له حول الشمس.

والوصول ليس كافيا. يجب أن يتم القبض عليك

انظر

المركبة الفضائية لا “تتوقف” عند كوكب. فهو يسقط نحوه، يتسارع كلما اقترب منه، على منحنى مفتوح يسمى hyperbola. إذا تركت لوحدها، فسوف تدور حول الكوكب وتسلق بعيداً مرة أخرى، بنفس السرعة التي جاءت بها.

لكي تبقى، يجب أن تفقد السرعة في اللحظة المناسبة تماماً، أقرب اقتراب:

1. إحترق. المحركات تطلق النار ضد اتجاه الحركة. إن الحرق المتواضع يحول المنحنى المفتوح إلى منحنى طويل مغلق إهليلجي.
2. تثبيت الهواء. بدلاً من حرق المزيد من الوقود، تقوم أجهزة التحكم بتخفيض النقطة الدنيا للمدار إلى أعلى الغلاف الجوي. في كل مرور، سحب الهواء القليل يبطئ المركبة الفضائية ونقطة الغرق العالية.
3. المدار العلمي. وبعد مئات الرحلات على مدى نحو خمسة أشهر، وصلت المركبة إلى مدار منخفض يكاد يكون دائريا على ارتفاع حوالي 250 في 316 كيلومترا، وبدأت في رسم خرائط المريخ.

فهمت

قادمة من الأرض على مسار شبيه بمسار هوهمان، تصل المركبة الفضائية إلى المريخ ببطء يبلغ حوالي 2.65 كم/ثانية أكثر من المريخ. من وجهة نظر المريخ، هذه هي “سرعته عند اللانهاية”، v∞. وهو ينخفض إلى 426 كيلومترا فوق السطح، ويسرع حتى

v = √(v∞² + 2 μ/r) = √(2.65² + 2 × 42.828 / 3.822) ≈ 5.4 كم/ثانية

وعلى شكل إهليلجي من 426 كم إلى 44,500 كم، يجب أن تكون السرعة عند النقطة الدنيا 4.56 كم/ثانية (في حالة الحركة). ولذلك فإن حرق الاحتجاز المثالي الفوري يبلغ حوالي 0.87 كم/ثانية. إن الاحتراق الحقيقي لمدة 27 دقيقة أقل كفاءة لأنه منتشر على طول المنحنى؛ وأبطأت MRO المركبة الفضائية بحوالي 1 كم / ثانية.

وسيكلف اﻻلقاء المباشر في مدار دائري منخفض نحو 2 كم/ثانية )انظر ” جرب ذلك ” ( . فالمكابح الهوائية توفّر معظم هذا الفرق، ويصبح الوقود الموفّر مركبة فضائية وعلوماً.

الماجستير

لدى الزائدية نصف محور كبير a = −μ/v∞² وانحراف مركزي e = 1 + r_p v∞²/μ. ويحدَّد وقت التحليق من المسافة البعيدة إلى نقطة الحضيض بمعادلة كيبلر الزائدية M = e sinh F − F.

وقيمة الالتقاط Δv عند نقطة الحضيض r_p في شكل إهليلجي مع نقطة البُعد r_a هي

Δv = √(v∞² + 2μ/r_p) - √(2μ r_a / (r_p (r_p + r_a)))

الذي هو أصغر من أجل إهليلجية طويلة جداً (r_a → large): المركبة الفضائية تم التقاطها بالكاد. وهذا هو السبب في أن الأجسام القادمة تدخل أولا مدارا فضفاضا، ثم تعقبها عمليات كبح جوي أو عدة عمليات احتراق أصغر حجما. بالنسبة لبعثات المريخ المأهولة، أسر جوي ويمكن أن يحل المرور العميق الوحيد عبر الغلاف الجوي خلف درع حراري محل الاحتجاز بالحرق كلياً.