Delta-v-kartta
Kuinka paljon nopeuden muutos kestää liikkua välillä Maan, kiertoradalla, Kuu, Mars ja asteroidit.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Delta-v-kartta
Mitä tämä on? Jokainen viiva on yksi avaruusmatkan vaihe, ja sen numero kertoo kuinka paljon aluksen nopeutta täytyy muuttaa lentääkseen kyseisen vaiheen. Kun nämä vaiheet lasketaan yhteen, saadaan matkan polttoainebudjetti.
Kuinka käyttää sitä: Valitse lähtöpaikka ja määränpää: napauta kahta pistettä kartalla, käytä valikkoja Alkaen ja Kohteeseen tai paina jotakin matkan painikkeista.Reitti syttyy ja polttoainebudjettipalkki laskee yhteen kunkin osion.
Polttoainebudjetti tälle matkalle
Delta-v yhteensä
Näet koko kartan pyyhkäisemällä sivuttain.
Arvot ovat yksisuuntaisia, ihanteellisia impulsiivisia liikkeitä ellei ole merkitty tyypilliseksi.Todelliset tehtävät lisäävät tappioita ja koneen muutoksia.
Kokeile tätä
- Paina "To orbit" mennä Maan pinnalta matalalle Maan kiertoradalla.Huomautus: Ensimmäinen askel maksaa 9,4 km/s. Kuun pinnalle pääseminen kiertoradalta maksaa vain noin 5,6 km/s enemmän.
- Paina "Kuulle", sitten "Marsiin" ja vertaa summia.Huomautus: Ne ovat lähes samat: noin 15,0 ja 15,1 km/s, vaikka Mars on aina yli sata kertaa Kuuta kauempana. Marsilla on ilmaa jarrutettaessa laskeutumista, Kuulla ei ole. Jokainen hidastuminen maksaa polttoainetta.
- Suunnittele matka Marsin pinnalta takaisin Maan pinnalle.Huomautus: Viimeinen vaihe, alas Maan pinnalle, maksaa 0 km/s: Maan ilma ja lämpösuojus tekevät jarrutuksen, kuten se teki jokaiselle Apollo-miehistölle.Marsista nouseminen maksaa edelleen noin 4,1 km/s.
- Paina "Geostationary orbit" ja vertaa sitä menemiseen matalalta Maan kiertoradalta matalalle Kuun kiertoradalle.Huomautus: TV- ja sääsatelliittien sijaitsemalle korkealle kiertoradalle pääseminen maksaa suunnilleen yhtä paljon kuin Kuun kiertoradan saavuttaminen: molemmissa tapauksissa noin 3,9 km/s matalalta Maan kiertoradalta.
Sen takana olevat ideat
Mikä on delta-v?
Ajattele automatkaa: laske yhteen kaikki kiihdytykset ja jarrutukset, niin saat delta-v-arvon. Avaruudessa ei ole tietä, jota vastaan työntää, eikä jarruja, joten jokainen nopeuden muutos, ylös tai alas, tulee rakettimoottorista, ja jokainen sen osa maksaa polttoainetta.
Miksi kiertoradalle pääseminen on vaikein askel?
Kiertoradalla oleminen ei tarkoita korkealla olemista. Se tarkoittaa sivuttain liikkumista niin nopeasti, että putoaa jatkuvasti Maan ympäri sen sijaan, että putoisi siihen. Juuri ilman yläpuolella se tarkoittaa noin 7,8 km/s (noin 28000 km/h), kiertää planeetan kerran noin 90 minuutissa. Matkalla ylös raketti myös menettää noin 1,5-2 km/s taistellessaan painovoimaa ja ilmavastus (Maan pyöriminen antaa hieman takaisin), joten tämä yksi askel maksaa noin 9,4 km/s.
Miksi laskeutuminen Marsiin on halvempaa kuin laskeutuminen Kuuhun?
Marsilla on ohut ilmakehä. Laskeutumiskone törmää ilmaan suurella nopeudella ja sen lämpösuoja muuttaa nopeuden lämmöksi; laskuvarjot ja lyhyt raketin loppupoltto tekevät loput. Joten kartta laskee 0 km/s rakettipolttoainetta laskeutumiseen Marsiin, mutta 1,63 km/s ilmattomaan Kuuhun, jossa moottorien täytyy tehdä kaikki jarruttaminen. Marsista poistuminen on toinen tarina: nousu takaisin kiertoradalle maksaa noin 4,1 km/s.
Mitä on aerojarrutus?
Using a planet's air as a free brake. A spacecraft dips into the thin top of the atmosphere, drag slows it, and it saves fuel it would otherwise burn. In 2006 NASA's Mars Reconnaissance Orbiter shrank its orbit this way, with hundreds of dips through Mars's upper air over about five months.
Miksi jokaisella km/s:llä on niin suuri merkitys?
Raketti tarvitsee omaa polttoainetta, ja sitä on työnnettävä eteenpäin. Jokainen lisäkilometri sekunnissa vaatii enemmän polttoainetta kuin edellinen, joten Saturn V:n, joka lähetti astronautit Kuuhun, paino oli lähes 3000 tonnia laukaisun yhteydessä, suurin osa siitä oli ponneainetta.
Lähteet: lasketut jalat käyttävät standardeja kahden kappaleen kiertoratakaavoja NASA/JPL planeettatietoja (scripts/build-deltav.mjs); tyypilliset jalat Wikipedian artikkelista Delta-v budjetista ja sen viittauksista. Saturn V laukaisumassi: NASA. Mars Reconnaissance Orbiterin aerojarrutus: NASA/JPL.
Sano "delta vee", joka tarkoittaa "nopeuden muutosta": kuinka paljon avaruusalus kiihdyttää, hidastaa tai muuttaa suuntaa. Se toimii kuin polttoainebudjetti matkaa varten, mitattuna kilometreinä sekunnissa (km/s).
Lisää sanastosta →Jotain, joka putoaa jatkuvasti planeetan tai tähden ympäri ilman että se koskaan osuu siihen, koska se liikkuu sivuttain tarpeeksi nopeasti.
Lisää sanastosta →An orbit just above the air, a few hundred kilometres up. The International Space Station flies there, going once round Earth in about 90 minutes.
A high orbit, 35,786 km above the equator, where one trip round Earth takes as long as one turn of Earth (just under 24 hours). A satellite there seems to hang still in the sky, which is why TV and weather satellites use it.
Pitkä rata, joka on kulkenut paikasta toiseen kuin moottoritien liukutie: sitä pitkin voi vain kulkea, ei pysähtyä.
Planeetan ilmaa käytetään vapaana jarruna, jolloin avaruusalus laskeutuu planeetan yläkerroksen ohueen ilmakehään ja ilmanvastus hidastaa sitä säästämällä polttoainetta. Hintana on lämpöä, joten se tarvitsee lämpökilven tai useita hellävaraisia ohjauksia.
Polttoainetta säästävä tapa siirtyä kahden pyöreän kiertoradan välillä: paina yhdellä kertaa aloittaaksesi soikean reitin, joka koskettaa juuri uutta rataa, ja paina toista kertaa, kun olet siellä.
Lisää sanastosta →Tietotaulukko (vaihtoehtoinen teksti)
| Lähteenä | - Kaksi. | → | ← | Miten se tehtiin |
|---|---|---|---|---|
| Maan pinta | Matala Maan kiertorata (200 km) | 9,4 km/s | 0 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | Tyypillinen (julkaistu): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesLaukaisu kiertoradalle: noin 7,8 km/s kiertonopeus plus painovoiman ja ilmanvastusvaikutuksen aiheuttamat menetykset. |
| Matala Maan kiertorata (200 km) | Geostationaarinen siirtorata | 2,45 km/s | 2,45 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | laskettu (ideaali): Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| Geostationaarinen siirtorata | Geostationaarinen kiertorata | 1,48 km/s | 1,48 km/s | laskettu (ideaali): Hohmann apogee burn, no plane changePäiväntasaajan ulkopuolella sijaitsevasta laukaisupisteestä käsin myös kiertoradan kaltevuuden muuttaminen lisää nopeutta muutamalla sadalla metrillä sekunnissa. |
| Matala Maan kiertorata (200 km) | Earth escape peli | 3,22 km/s | 3,22 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | laskettu (ideaali): Escape speed minus circular speed at 200 km |
| Matala Maan kiertorata (200 km) | Siirto Kuuhun | 3,13 km/s | 3,13 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | laskettu (ideaali): Raise apogee to the Moon's mean distance |
| Siirto Kuuhun | Matala Kuun kiertorata (100 km) | 0,82 km/s | 0,82 km/s | laskettu (ideaali): Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| Matala Kuun kiertorata (100 km) | Kuun pinta | 1,63 km/s | 1,63 km/s | laskettu (ideaali): Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| Matala Maan kiertorata (200 km) | Siirto Marsiin | 3,61 km/s | 3,61 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | laskettu (ideaali): Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| Siirto Marsiin | Matala Mars-rata (300 km) | 2,09 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | 2,09 km/s | laskettu (ideaali): Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| Matala Mars-rata (300 km) | Marsin pinta | 0 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | 4,1 km/s | Tyypillinen (julkaistu): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesLaskeutuminen tapahtuu pääasiassa ilmakehässä (lämpösuoja ja laskuvarjot); nousu takaisin kiertoradalle on julkaistu tyypillinen arvo. |
| Matala Maan kiertorata (200 km) | Maanläheinen asteroidi (Bennu) | 4,11 km/s | 4,11 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | laskettu (ideaali): Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| Matala Maan kiertorata (200 km) | Ceresin kiertorata | 9,48 km/s | 9,48 km/s (Voi käyttää aerojarrutusta) | laskettu (ideaali): 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 |
Työkalut ja oppitunnit käyttävät yksinkertaistettuja malleja vain oppimista varten, eikä niitä saa käyttää navigointiin, tehtävän suunnitteluun tai mihinkään operatiiviseen päätökseen. Sertifikaatit ovat ilmaisia eivätkä akkreditoituja. Lue koulutussisältöä koskeva vastuuvapauslauseke