Carte Delta-v
Combien de changement de vitesse est nécessaire pour se déplacer entre la Terre, l'orbite, la Lune, Mars et les astéroïdes.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Carte Delta-v
Qu'est-ce que c'est ? Une carte des voyages spatiaux. Chaque ligne représente une étape d'un voyage, et son nombre indique à quel point un vaisseau spatial doit changer sa vitesse pour effectuer cette étape.
Comment l'utiliser: Choisissez un point de départ et une destination : appuyez sur deux points sur la carte, utilisez les menus De et Vers ou appuyez sur l'un des boutons de trajet.L'itinéraire s'allume et la barre du budget carburant additionne chaque étape.
Budget carburant pour ce voyage
Total delta-v
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Les valeurs sont à sens unique, les manœuvres impulsives idéales sauf marquées typiques.Les missions réelles ajoutent des pertes et des changements d'avion.
Essayez ceci
- Appuyez sur "A orbite" pour aller de la surface de la Terre à l'orbite terrestre basse.Avis: Cette première étape coûte 9,4 km/s. Poursuivre de l'orbite jusqu'à la surface lunaire ne coûte que 5,6 km/s de plus.
- Appuyez sur "A la Lune", puis "À Mars" et comparez les totaux.Avis: Elles sont presque les mêmes, à savoir 15,0 et 15,1 km/s, bien que Mars soit toujours plus de cent fois plus éloignée que la Lune. Mars a de l’air pour freiner quand on atterrit. La Lune n’en a pas, donc chaque ralentissement coûte du carburant.
- Planifiez un voyage de la surface de Mars à la surface de la Terre.Avis: La dernière étape, vers la surface de la Terre, coûte 0 km/s: l'air terrestre et un bouclier thermique font le freinage, comme ils l'ont fait pour chaque équipage d'Apollo. La montée hors de Mars coûte encore environ 4.1 km/s.
- Appuyez sur "A l'orbite géostationnaire" et comparez-le avec aller de basse orbite terrestre à basse orbite lunaire.Avis: Atteindre l'orbite haute où se trouvent les satellites de télévision et météorologiques coûte à peu près le même que d'atteindre l'orbite autour de la Lune: environ 3,9 km/s depuis l'orbite basse de la Terre dans les deux cas.
Les idées derrière
Qu'est-ce que delta-v?
Pensez à un voyage sur la route. Additionnez chaque fois que vous accélérez et chaque fois que vous freinez : ce total est votre delta-v. Dans l’espace, il n’y a pas de route contre laquelle pousser ni de freins, donc chaque changement de vitesse, vers le haut ou vers le bas, doit provenir du moteur de fusée, et chaque morceau coûte du carburant.
Pourquoi l’étape la plus difficile est-elle d’atteindre l’orbite ?
Être en orbite, ce n’est pas être haut. Il s’agit d’aller sur le côté si vite que vous continuez à tomber autour de la Terre au lieu d’y tomber. Juste au-dessus de l'air, cela signifie environ 7.8 km/s (environ 28,000 km/h), un tour de la planète en environ 90 minutes. Sur le chemin de la montée, une fusée perd aussi environ 1.5 à 2 km/s en luttant contre la gravité et la traînée de l'air (la rotation de la Terre donne un peu en arrière), donc cette étape coûte environ 9.4 km/s.
Pourquoi atterrir sur Mars est-il moins cher que d’atterrir sur la Lune ?
Mars a une atmosphère mince. Un atterrisseur frappe cet air à grande vitesse et son bouclier thermique convertit la vitesse en chaleur; Des parachutes et une brûlure de fusée courte à la fin font le reste. La carte compte donc 0 km/s de carburant pour atterrir sur Mars, mais 1.63 km/s pour la Lune sans air, où les moteurs doivent faire tout le freinage. Quitter Mars est une autre histoire: remonter sur orbite coûte environ 4.1 km/s.
Qu'est-ce que l'aérofreinage ?
En utilisant l'air de la planète comme frein libre, un engin spatial plonge dans le haut de l'atmosphère, la traînée le ralentit et il économise du carburant qu'il brûlerait autrement. En 2006 NASA Mars Reconnaissance Orbiter a réduit son orbite de cette façon, avec des centaines de plongées à travers les hautes couches d'air de Mars sur environ cinq mois.
Pourquoi chaque km/s compte-t-il autant ?
Une fusée doit transporter son propre carburant, et ce carburant doit être poussé. Chaque km/s supplémentaire nécessite donc plus de carburant que le précédent, c’est pourquoi la Saturn V qui a envoyé les astronautes sur la Lune pesait près de 3000 tonnes au lancement, principalement du propulseur.
Sources: les jambes calculées utilisent des formules orbitales standard à deux corps avec NASA/JPL planet data (scripts/build-deltav.mjs); les jambes typiques de l'article sur le budget Delta-v sur Wikipedia et ses références citées. masse de lancement Saturn V: NASA. freinage aérodynamique du Mars Reconnaissance Orbiter: NASA/JPL.
Dites « delta vee », ce qui signifie « changement de vitesse » : combien un engin spatial doit accélérer, ralentir ou changer de direction. Cela fonctionne comme un budget de carburant pour un voyage, mesuré en kilomètres par seconde (km/s).
Plus dans le glossaire →La trajectoire de quelque chose qui continue à tomber autour d'une planète ou d'une étoile sans jamais la frapper, parce qu'il se déplace sur le côté assez vite.
Plus dans le glossaire →Une orbite juste au-dessus de l’air, à quelques centaines de kilomètres d’altitude, où la Station spatiale internationale effectue un tour de la Terre en environ 90 minutes.
Une orbite haute, 35,786 km au-dessus de l'équateur, où un tour autour de la Terre dure aussi longtemps qu'un tour de la Terre (un peu moins de 24 heures). Un satellite semble suspendu dans le ciel, c'est pourquoi les satellites de télévision et météo l'utilisent.
Une orbite tendue qui permettait de passer d’un endroit à un autre, comme une autoroute sur laquelle on ne fait que passer, on n’y reste pas.
Utiliser l'air d'une planète comme frein libre. Le vaisseau spatial plonge dans la partie supérieure de l'atmosphère et la traînée de l'air le ralentit, économisant du carburant.Le prix est la chaleur, donc il a besoin d'un bouclier thermique ou de nombreux passages doux.
La façon la plus économique de se déplacer entre deux orbites circulaires : une seule pression pour commencer un trajet ovale qui touche juste la nouvelle orbite, et une seconde pression lorsque vous y arrivez.
Plus dans le glossaire →Tableau de données (texte alternatif)
| From | To | → | ← | Comment cela a été fait |
|---|---|---|---|---|
| Surface de la Terre | Orbite terrestre basse (200 km) | 9,4 km/s | 0 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | Typique (publié): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesLancement sur orbite: environ 7,8 km/s de vitesse orbitale plus les pertes dues à la gravité et à la traînée aérienne. |
| Orbite terrestre basse (200 km) | Orbite de transfert géostationnaire | 2,45 km/s | 2,45 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | calculé (idéal): Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| Orbite de transfert géostationnaire | Orbite géostationnaire | 1,48 km/s | 1,48 km/s | calculé (idéal): Hohmann apogee burn, no plane changeDepuis un site de lancement éloigné de l'équateur, le changement d'inclinaison de l'orbite ajoute également quelques centaines de mètres par seconde. |
| Orbite terrestre basse (200 km) | Évasion de la Terre | 3,22 km/s | 3,22 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | calculé (idéal): Escape speed minus circular speed at 200 km |
| Orbite terrestre basse (200 km) | Transfert à la Lune | 3,13 km/s | 3,13 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | calculé (idéal): Raise apogee to the Moon's mean distance |
| Transfert à la Lune | Orbite lunaire basse (100 km) | 0,82 km/s | 0,82 km/s | calculé (idéal): Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| Orbite lunaire basse (100 km) | Surface de la Lune | 1,63 km/s | 1,63 km/s | calculé (idéal): Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| Orbite terrestre basse (200 km) | Transfert à Mars | 3,61 km/s | 3,61 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | calculé (idéal): Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| Transfert à Mars | Orbite basse de Mars (300 km) | 2,09 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | 2,09 km/s | calculé (idéal): Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| Orbite basse de Mars (300 km) | Surface de Mars | 0 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | 4,1 km/s | Typique (publié): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesL'atterrissage utilise principalement l'atmosphère (bouclier thermique et parachutes); la remontée sur orbite est la valeur typique publiée. |
| Orbite terrestre basse (200 km) | Astéroïde géocroiseur (Bennu) | 4,11 km/s | 4,11 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | calculé (idéal): Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| Orbite terrestre basse (200 km) | Orbite de Cérès | 9,48 km/s | 9,48 km/s (Peut utiliser le freinage aérodynamique) | calculé (idéal): 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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