نگاشت دلتا- وی
چقدر سرعت لازمه که بين زمين، مدار ماه، مريخ و شهاب سنگ ها حرکت کنيم؟
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
نگاشت دلتا- وی
اين چيه؟ نقشه سفرهای فضایی. هر خط یک بخش از یک سفر است ، و عدد آن نشان می دهد که فضاپیما چقدر باید سرعتش را برای پرواز در این بخش تغییر دهد. قسمت ها را جمع کنید و بودجه سوخت سفر را بدست می آورید.
چطور ازش استفاده کنم: یک نقطهٔ آغاز و مقصد را انتخاب کنید: روی دو نقطه در نقشه ضربه بزنید، از منوی از و به استفاده کنید یا یکی از دکمه‌های سفر را فشار دهید. مسیر روشن می‌شود و نوار بودجه سوخت هر مرحله را جمع می‌کند.
بودجه سوخت براي اين سفر
مجموع دلتا- v
برای دیدن نقشه کامل به سمت چپ حرکت کنید.
ارزش ها يک طرفه اند، مانورهاي ايده‌آل و تصادفي مگر اينکه علامت معمولي باشه ماموريت هاي واقعي تلفات و تغيير هواپيما رو اضافه ميکنن
اينو امتحان کن
- این فضاپیما برای رسیدن به مدار زمین از سطح زمین پرتاب شد.یادداشت: این مرحله اول هزینه 9.4 کیلومتر/ثانیه دارد. Going on from orbit all the way to the Moon's surface costs only about 5.6 km/s more.
- "به ماه" رو فشار بده، بعد "به مريخ"، و مجموع‌ها رو مقایسه کن.یادداشت: این دو سرعت تقریباً یکسان هستند: حدود 15.0 و 15.1 کیلومتر بر ثانیه، با اینکه مریخ همیشه بیش از صد برابر دورتر از ماه است. مريخ هواي بسيار زيادي داره که باهاش برخورد کني ماه هيچ يک از اينها رو نداره، پس هر کمي آهسته تر شدن سوخت ميخواد.
- برنامه‌ریزی سفر از سطح مریخ به سطح زمین.یادداشت: آخرین مرحله، پایین آمدن به سطح زمین، هزینه 0 کیلومتر بر ثانیه دارد: هوا و یک سپر حرارتی ترمز را انجام می‌دهند، همان‌طور که برای تمام خدمه آپولو انجام می‌دادند. صعود از مریخ هنوز حدود 4.1 کیلومتر در ثانیه هزینه دارد.
- این مدار را با مدار زمین و مدار ماه مقایسه کنید.یادداشت: رسیدن به مدار بالا که ماهواره‌های تلویزیونی و هواشناسی در آن قرار دارند، هزینه‌ای تقریباً برابر با رسیدن به مدار ماه دارد: حدود 3.9 کیلومتر بر ثانیه از مدار پایین زمین در هر دو مورد.
ایده های پشت آن
دلتا-وي چيه؟
به یک سفر جاده ای فکر کنید. هر بار که شتاب می گیرید و هر بار که ترمز می زنید را جمع کنید: این مجموع دلتا-وی شماست. در فضا هیچ جاده ای وجود ندارد که بر روی آن فشار بیاورید و هیچ ترمزی وجود ندارد، بنابراین هر تغییر سرعت، بالا یا پایین، باید از موتور موشک باشد، و هر مقدار از آن سوخت مصرف می کند.
چرا سخت ترين قدم اينه که به مدار برسيم؟
در مدار بودن به معناي بالا بودن نيست این حرکت به گونه‌ای است که در آن، زمین به جای چرخش به دور خود، به سمت بالا می‌رود. در بالای هوا این به معنی 7.8 کیلومتر بر ثانیه (در حدود 28,000 کیلومتر بر ساعت) است، که یک دور سیاره را در حدود 90 دقیقه انجام می‌دهد. در مسیر بالا رفتن یک موشک نیز تقریباً 1.5 تا 2 کیلومتر بر ثانیه را از دست می‌دهد که با جاذبه و نیروی هوایی مبارزه می‌کند (چرخش زمین کمی عقب می‌رود)، بنابراین این یک مرحله حدود 9.4 کیلومتر بر ثانیه هزینه دارد.
چرا فرود بر مریخ ارزانتر از فرود بر ماهه؟
مریخ یک اتمسفر نازک دارد. يه فرودگر با سرعت بالا به اون هوا برخورد ميکنه و سپر حرارتي اون سرعت رو به گرما تبديل ميکنه چترهاي نجات و يه موشک کوتاه در آخر کار رو انجام ميدن بنابراین نقشه 0 کیلومتر بر ثانیه سوخت راکت برای فرود بر مریخ را محاسبه می‌کند، اما 1.63 کیلومتر بر ثانیه برای ماه بدون هوا که در آن موتورها باید تمام ترمزها را انجام دهند. خروج از مریخ داستان دیگری است: صعود به مدار دوباره حدود 4.1 کیلومتر بر ثانیه هزینه دارد.
ترمز هوايي چيه؟
استفاده از هواي يه سياره به عنوان ترمز آزاد یک فضاپیما در بالای جو فرو می‌رود، مقاومت آن را کند می‌کند و سوخت ذخیره می‌شود که در غیر این صورت سوخته خواهد شد. در 2006 NASA مدارگرد شناسایی مریخ مدار خود را به این شکل با صدها فرود در هوای بالای مریخ در طول حدود پنج ماه کاهش داد.
چرا هر کيلومتر در ثانيه اينقدر مهمه؟
یک موشک باید سوخت خود را حمل کند و این سوخت نیز باید به سمت جلو پرتاب شود. هر یک از این سطوح نیاز به مصرف سوخت بیشتری نسبت به سطوح قبلی دارد. That is why the Saturn V that sent astronauts to the Moon weighed nearly 3,000 tonnes at launch, most of it propellant.
منابع: پاهای محاسبه شده از فرمول‌های مدار استاندارد دو جسم با استفاده می‌کنند. NASA/JPL planet data (scripts/build-deltav.mjs); پاهای معمول از مقاله بودجه دلتا-وی در ویکی‌پدیا و مراجع ذکر شده آن. NASAترمز هواي مدارگرد شناسايي مريخ: NASA-جي پي ال
بگویید « delta vee ». معنی آن « تغییر سرعت » است: چقدر باید یک فضاپیما شتاب یابد ، آهسته شود یا جهتش را عوض کند. این مانند بودجه سوخت برای یک سفر عمل می‌کند ، که به کیلومتر بر ثانیه (km/ s) اندازه‌گیری می‌شود.
بیشتر در لغت‌نامه →مسیر چیزی که به دور یک سیاره یا ستاره می‌افتد بدون اینکه هرگز به آن برخورد کند، چون به اندازه کافی سریع در حال حرکت به سمت کنار است.
بیشتر در لغت‌نامه →یک مدار درست بالای هوا، چند صد کیلومتر بالا ایستگاه فضایی بین‌المللی در آنجا پرواز می‌کند و یک دور زمین را در حدود 90 دقیقه می‌پیماید.
مدار بالا، 35786 کیلومتر بالاتر از استوا، جایی که یک سفر به دور زمین به اندازه یک چرخش زمین طول می‌کشد (فقط کمتر از 24 ساعت). ماهواره در آنجا به نظر می‌رسد هنوز در آسمان آویزان باشد، به همین دلیل ماهواره‌های تلویزیون و هواشناسی از آن استفاده می‌کنند.
یک مدار کشیده که از یک مکان به جای دیگر حرکت می کرد، مانند یک جاده بزرگراه که شما فقط بر روی آن می گذشتید، در آنجا نمی ماندید.
استفاده از هواي سياره به عنوان ترمز آزاد. فضاپيما در جو نازک بالا فرو مي رود و مقاومت هوا سرعتش را کاهش ميدهد ، سوخت صرفه جويي مي کند. هزينه اش گرماست ، بنابراين به سپر حرارتي يا عبورهاي زيادي نرم نياز دارد
روشی که در صرفه جویی سوخت موثر است برای حرکت بین دو مدار دایره‌ای: یک بار فشار دهید تا مسیر بیضی شکل را شروع کنید که به مداری جدید می‌رسد و وقتی به آن رسیدید، دوباره فشار دهید.
بیشتر در لغت‌نامه →جدول داده) جایگزین متنی (
| از | دو | → | ← | چطوري اين کار انجام شد |
|---|---|---|---|---|
| سطح زمین | مدار پایین زمین (200 کیلومتر) | ۹٫۴ کیلومتر در ثانیه | ۰ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | معمول) منتشر شده (: Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesپرتاب به مدار: حدود 7.8 کیلومتر بر ثانیه سرعت مداری به علاوه از دست دادن جاذبه و مقاومت هوا. |
| مدار پایین زمین (200 کیلومتر) | مدار انتقالی زمین‌ثابت | ۲٫۴۵ کیلومتر در ثانیه | ۲٫۴۵ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| مدار انتقالی زمین‌ثابت | مدار زمین‌ثابت | ۱٫۴۸ کیلومتر در ثانیه | ۱٫۴۸ کیلومتر در ثانیه | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Hohmann apogee burn, no plane changeاز یک محل پرتاب دور از استوا، تغییر شیب مدار نیز چند صد متر در ثانیه اضافه می‌کند. |
| مدار پایین زمین (200 کیلومتر) | فرار از زمين | ۳٫۲۲ کیلومتر در ثانیه | ۳٫۲۲ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Escape speed minus circular speed at 200 km |
| مدار پایین زمین (200 کیلومتر) | انتقال به ماه | ۳٫۱۳ کیلومتر در ثانیه | ۳٫۱۳ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Raise apogee to the Moon's mean distance |
| انتقال به ماه | مدار پایین ماه (100 کیلومتر) | ۰٫۸۲ کیلومتر در ثانیه | ۰٫۸۲ کیلومتر در ثانیه | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| مدار پایین ماه (100 کیلومتر) | سطح ماه | ۱٫۶۳ کیلومتر در ثانیه | ۱٫۶۳ کیلومتر در ثانیه | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| مدار پایین زمین (200 کیلومتر) | انتقال به مریخ | ۳٫۶۱ کیلومتر در ثانیه | ۳٫۶۱ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| انتقال به مریخ | مدار پایین مریخ (300 کیلومتر) | ۲٫۰۹ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | ۲٫۰۹ کیلومتر در ثانیه | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| مدار پایین مریخ (300 کیلومتر) | سطح مریخ | ۰ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | ۴٫۱ کیلومتر در ثانیه | معمول) منتشر شده (: Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesفرود بیشتر از جو استفاده می‌کند (سفیده حرارتی و چتر نجات)؛ صعود به مدار ارزش معمول منتشر شده است. |
| مدار پایین زمین (200 کیلومتر) | سیارک نزدیک زمین (بنو) | ۴٫۱۱ کیلومتر در ثانیه | ۴٫۱۱ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| مدار پایین زمین (200 کیلومتر) | مدار سرس | ۹٫۴۸ کیلومتر در ثانیه | ۹٫۴۸ کیلومتر در ثانیه (مي تونه از ترمز هوايی استفاده کنه) | محاسبه‌شده) ایده‌آل (: 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 |
ابزارها و درس‌ها از مدل‌های ساده شده برای یادگیری استفاده می‌کنند. آن‌ها نباید برای ناوبری، برنامه‌ریزی مأموریت یا هر تصمیم عملیاتی استفاده شوند. گواهینامه‌ها رایگان هستند و اعتبار ندارند. متن مطالب آموزشی را بخوانید