Delta-v Map
Wie viel Geschwindigkeitsänderung es braucht, um sich zwischen Erde, Umlaufbahn, Mond, Mars und Asteroiden zu bewegen.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Delta-v Map
Was ist das? Eine Karte von Raumfahrt-Reisen. Jede Linie ist ein Teil einer Reise, und die Zahl sagt aus, wie viel das Raumschiff seine Geschwindigkeit ändern muss, um diesen Teil zu fliegen.Addition der Abschnitte und Sie erhalten das Treibstoffbudget der Reise.
Wie man es benutzt: Wählen Sie einen Startpunkt und ein Ziel aus: Tippen Sie auf zwei Punkte auf der Karte, verwenden Sie die Menüs Von und Nach oder drücken Sie eine der Fahrttasten.Die Route wird beleuchtet und der Kraftstoffbudgetbalken addiert jede Etappe.
Kraftstoffbudget für diese Reise
Gesamt-delta-v
Streichen Sie zur Seite, um die gesamte Karte anzuzeigen.
Werte sind Einweg-, ideale impulsive Manöver, sofern nicht typisch markiert.Echte Missionen fügen Verluste und Flugzeugwechsel hinzu.
Probieren Sie das aus
- Drücken Sie "In Umlaufbahn", um von der Erdoberfläche in die niedrige Erdumlaufbahn zu gelangen.Hinweis: Der erste Schritt kostet 9,4 km/s. Von der Umlaufbahn bis zur Mondoberfläche sind es nur noch etwa 5,6 km/s mehr.
- Drücke "Zum Mond", dann "Zum Mars" und vergleiche die Summen.Hinweis: Die sind fast gleich: etwa 15,0 und 15,1 km/s, obwohl der Mars immer mehr als hundertmal weiter weg ist als der Mond. Der Mars hat bei der Landung Luft zum Bremsen, der Mond keine. Jedes bisschen Verlangsamung kostet also Treibstoff.
- Plane eine Reise von der Marsoberfläche zurück zur Erdoberfläche.Hinweis: Die letzte Etappe, die Abfahrt zur Erdoberfläche, kostet 0 km/s: Erdatmosphäre und Hitzeschild bremsen, wie es bei jeder Apollo-Crew der Fall war; der Aufstieg vom Mars kostet immer noch etwa 4,1 km/s.
- Drücken Sie "In geostationäre Umlaufbahn" und vergleichen Sie es mit dem Wechsel von der niedrigen Erdumlaufbahn zur niedrigen Mondbahn.Hinweis: Die Erreichen der hohen Umlaufbahn, in der TV- und Wettersatelliten sitzen, kostet etwa das gleiche wie die Erreichen einer Umlaufbahn um den Mond: ca. 3,9 km/s aus der niedrigen Erdumlaufbahn in beiden Fällen.
Die Ideen dahinter
Was ist Delta-v?
Stellen Sie sich eine Reise vor: Addieren Sie jedes Mal, wenn Sie beschleunigen und jedes Mal, wenn Sie bremsen: Diese Summe ist Ihr Delta-V. Im Weltraum gibt es keine Straße, gegen die man drücken kann, und keine Bremsen, so dass jede Geschwindigkeitsänderung, ob nach oben oder unten, vom Raketenmotor kommen muss, und jedes bisschen davon kostet Treibstoff.
Warum ist der schwierigste Schritt, in die Umlaufbahn zu gelangen?
In der Umlaufbahn zu sein bedeutet nicht, hoch oben zu sein. Es geht darum, so schnell seitlich zu gehen, dass man immer wieder um die Erde herumfällt anstatt in sie hineinzufallen. Direkt über der Luft bedeutet das etwa 7,8 km/s (etwa 28.000 km/h), einmal um den Planeten in etwa 90 Minuten. Auf dem Weg nach oben verliert eine Rakete auch ungefähr 1,5 bis 2 km/s im Kampf gegen Schwerkraft und Luftwiderstand (die Drehung der Erde gibt ein wenig zurück), also kostet dieser einen Schritt etwa 9,4 km/s.
Warum ist die Landung auf dem Mars billiger als die Landung auf dem Mond?
Der Mars hat eine dünne Atmosphäre. Ein Lander trifft diese Luft mit hoher Geschwindigkeit und sein Hitzeschild wandelt die Geschwindigkeit in Wärme um; Fallschirme und ein kurzer Raketenbrand am Ende machen den Rest. Die Karte zählt also 0 km/s Raketentreibstoff für die Landung auf dem Mars, aber 1.63 km/s für den luftlosen Mond, wo Triebwerke alle Bremsen übernehmen müssen. Das Verlassen des Mars ist eine andere Geschichte: Der Aufstieg zurück in die Umlaufbahn kostet etwa 4.1 km/s.
Was ist Aerobraking?
Die Luft eines Planeten als freie Bremse nutzen. Ein Raumschiff taucht in die dünne Oberfläche der Atmosphäre ein, der Luftwiderstand verlangsamt es und spart Treibstoff, den es sonst verbrennen würde. In 2006 NASAs Mars Reconnaissance Orbiter schrumpfte seine Umlaufbahn auf diese Weise, mit Hunderten von Einbrüchen durch die obere Luft des Mars über etwa fünf Monate.
Warum ist jeder km/s so wichtig?
Eine Rakete muss ihren eigenen Treibstoff tragen und diesen Treibstoff auch weiterschieben, also braucht jede weitere km/s mehr Treibstoff als die vorherige. Deshalb wog die Saturn V, die Astronauten zum Mond schickte, beim Start fast 3000 Tonnen, den größten Teil davon Treibstoff.
Quellen: berechnete Beine verwenden Standard-Zweikörper-Umlaufbahnformeln mit NASA/JPL Planetendaten (scripts/build-deltav.mjs); typische Beine aus dem Delta-v-Budgetartikel in Wikipedia und dessen zitierten Referenzen. Saturn V Startmasse: NASA. Mars Reconnaissance Orbiter Aerobremsung: NASA/JPL.
Sagen Sie "delta vee" (dt.: Geschwindigkeitsänderung): Wie viel ein Raumschiff beschleunigen, verlangsamen oder Richtung ändern muss. Es funktioniert wie ein Treibstoffbudget für eine Reise, gemessen in Kilometern pro Sekunde (km/s).
Mehr im Glossar →Der Weg von etwas, das immer wieder um einen Planeten oder Stern herumfällt, ohne ihn jemals zu treffen, weil es sich schnell genug seitlich bewegt.
Mehr im Glossar →Ein Orbit knapp über der Luft, einige hundert Kilometer hoch: Dorthin fliegt die Internationale Raumstation und umkreist die Erde einmal in etwa 90 Minuten.
Eine hohe Umlaufbahn, 35.786 km über dem Äquator, wo eine Erdumrundung so lange dauert wie eine Erdumdrehung (knapp unter 24 Stunden) und ein Satellit dort am Himmel zu hängen scheint, weshalb ihn TV- und Wettersatelliten nutzen.
Eine ausgedehnte Bahn, die von einem Ort zum anderen führte, wie eine Autobahnschleife: man fährt nur vorbei, bleibt nicht stehen.
Die Luft eines Planeten als Freibremse nutzen: Das Raumschiff taucht in die dünne Oberschicht der Atmosphäre ein und der Luftwiderstand verlangsamt es, wodurch Treibstoff gespart wird. Der Preis ist Wärme, daher braucht es einen Hitzeschild oder viele sanfte Überflüge.
Der sparsamste Weg, um zwischen zwei Kreisbahnen zu wechseln: Ein Druck, um einen ovalen Pfad zu starten, der die neue Bahn gerade berührt, und ein zweiter Druck, wenn Sie dort ankommen.
Mehr im Glossar →Datentabelle (Textalternative)
| From | To | → | ← | Wie es ausgearbeitet wurde |
|---|---|---|---|---|
| Erdoberfläche | Niedrige Erdumlaufbahn (200 km) | 9,4 km/s | 0 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | typisch (veröffentlicht): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesStart in die Umlaufbahn: etwa 7,8 km/s Orbitgeschwindigkeit plus Verluste durch Schwerkraft und Luftwiderstand. |
| Niedrige Erdumlaufbahn (200 km) | Geostationäre Transferbahn | 2,45 km/s | 2,45 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | Berechnet (ideal): Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| Geostationäre Transferbahn | Geostationäre Umlaufbahn | 1,48 km/s | 1,48 km/s | Berechnet (ideal): Hohmann apogee burn, no plane changeVon einem Startplatz entfernt vom Äquator, auch die Änderung der Neigung der Umlaufbahn fügt ein paar hundert Meter pro Sekunde. |
| Niedrige Erdumlaufbahn (200 km) | Earth Escape | 3,22 km/s | 3,22 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | Berechnet (ideal): Escape speed minus circular speed at 200 km |
| Niedrige Erdumlaufbahn (200 km) | Transfer zum Mond | 3,13 km/s | 3,13 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | Berechnet (ideal): Raise apogee to the Moon's mean distance |
| Transfer zum Mond | Niedrige Mondbahn (100 km) | 0,82 km/s | 0,82 km/s | Berechnet (ideal): Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| Niedrige Mondbahn (100 km) | Mondoberfläche | 1,63 km/s | 1,63 km/s | Berechnet (ideal): Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| Niedrige Erdumlaufbahn (200 km) | Transfer zum Mars | 3,61 km/s | 3,61 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | Berechnet (ideal): Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| Transfer zum Mars | Niedrige Marsbahn (300 km) | 2,09 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | 2,09 km/s | Berechnet (ideal): Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| Niedrige Marsbahn (300 km) | Marsoberfläche | 0 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | 4,1 km/s | typisch (veröffentlicht): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesBei der Landung wird meist die Atmosphäre genutzt (Hitzeschild und Fallschirme); der Aufstieg zurück in den Orbit ist der veröffentlichte typische Wert. |
| Niedrige Erdumlaufbahn (200 km) | Erdnaher Asteroid (Bennu) | 4,11 km/s | 4,11 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | Berechnet (ideal): Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| Niedrige Erdumlaufbahn (200 km) | Ceresbahn | 9,48 km/s | 9,48 km/s (Kann Aerobraking verwenden) | Berechnet (ideal): Heliocentric Hohmann 1 au to Ceres, coplanar (ignores its 10.6 degree inclination); departure from 200 km LEO, capture into a 200 km Ceres orbit |
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