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ランデブー:宇宙ステーションを捕まえる
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ナビゲーター · モジュール 14

ランデブー:宇宙ステーションを捕まえる

軌道上で先にあるものを捕まえるには 低く降りてゆっくりと進むが 速くなる

11 分

NASA/JPL/Space Science Institute

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In December 1965 Gemini 6 and Gemini 7 flew within 30 centimetres of each other, 300 km above the Earth. It took two years of theory and practice to get there: the first attempts had shown that flying straight at your target, as a pilot would, does not work in orbit.

A capsule 20 degrees behind the station, 20 km lower, catches up over about 13 orbits and then transfers up.Real schedules range from about 3 hours to 2 days.

軌道上で追いつくには 速度を下げるんじゃない

見て

軌道上のすべては一つのルールに従う:低い方が速い。 低軌道は短く、宇宙船はそれに沿って速く移動するので、高いものを得る。

  1. 目標の後ろにある低軌道へ カプセルは 駅の後ろから 少し下に出発するようにタイミングしている
  2. 段階的に ラップごとに下部カプセルは少しずつ増加する。 ここで、ステーションの下20kmでは、軌道当たり1.6度の利得がある。
  3. 二つの小さな火傷ミニ・ホーマンの移動で カプセルを ステーションの軌道に乗せる
  4. 最終接近だ 最後の数百メートルは,飛行方向に沿ってコンピュータによって観察され,ゆっくりと飛ぶ。 接触時の閉鎖速度は数cm/sである。

理解

Orbital period: T = 2π√(r³/μ). μ = 398,600 km³/s²のとき:

  • 400kmのカプセル(r=6,778km): 92.6分.
  • 420km(r=6,798km)の駅: 93.0分.

各カプセルの軌道では、ステーションは92.6/93.0回転しか覆わない:カプセルは360°×(1 − 92.6/93.0)≈を獲得する。 **1.6°**約190kmです 20°のギャップを閉じるには約13回の軌道,およそ20時間かかる。

400kmから420kmへの移動は 5.6m/s 軌道速度7.7km/sに比べて小さい

マスター

ターゲットの近くで 待ち合わせエンジニアは クロヘシー=ウィルトシャー (Hill)方程式:ターゲットと共に軌道を公転するフレーム内の線形運動,xは半径方向,yは軌道沿い,nはターゲットの平均運動:

ẍ − 3n²x − 2nẏ = 0,  ÿ + 2nʒ = 0,  z̈ + n²z = 0

前方に押し込むと追跡者は上昇(xが成長する)し,その後後方へドリフトするという奇妙な挙動を説明した 近接経路をy軸に沿って設計した。Vバー後ろから)またはx軸(R-バーエンジン故障が衝突につながらないように安全規則を設けた。

やってみろ

あなたがカプセルで、ステーションの後ろ20度、同じ高さにいるとしましょう。エンジンを前進させると軌道はどうなるでしょうか?近づくのか遠ざかるのか? (ヒント: ホーマンの教訓を考えてください)

クイッククイズ

3 簡単な質問です 正解を選んでみてください

  1. カプセルは宇宙ステーションの後ろにある 少し低い軌道で

    1. A さらに後退する
    2. B 下の軌道が速いから追いつく
    3. C 同じ距離を保つ
    4. D 地球に衝突
    答えを表示

    B. 下の軌道が速いから追いつく

  2. なぜ宇宙船は エンジンを前進させて 同じ軌道にある目標を捕まえられないのか?

    1. A 加速すると軌道が上がって ラップが長くなるから
    2. B エンジンが前進できないから
    3. C 空気抵抗のため
    4. D できるよ そういうことだ
    答えを表示

    A. 加速すると軌道が上がって ラップが長くなるから

  3. ドッキング時のカプセルはどれくらいの速さでステーションに接近する?

    1. A 約7.7km/s
    2. B 約100m/s
    3. C 毎秒数センチ
    4. D 正確にゼロ
    答えを表示

    C. 毎秒数センチ

フィニッシュライン

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