Delta- v žemėlapis
Kiek greičio pokyčių reikia, kad judėtumėte tarp Žemės, orbitos, Mėnulio, Marso ir asteroidų.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Delta- v žemėlapis
Kas tai? Žemėlapis, kuriame pavaizduotos kelionės į kosmosą. Kiekviena linija reiškia vieną skrydžio etapą, o jos numeris nurodo kiek erdvėlaivis turi pakeisti savo greitį tam, kad galėtų skristi tuo etapu.
Kaip jį naudoti: Pasirinkite kelionės pradžią ir atvykimo vietą: žemėlapyje palieskite du taškus, naudokite meniu Iš ir Į arba paspauskite vieną iš kelionės mygtukų.Maršrutas užsidega, o degalų biudžeto juosta prideda kiekvieną etapą.
Šios kelionės kuro biudžetas
Bendras delta-v
Braukite į šoną, kad pamatytumėte visą žemėlapį.
Vertės yra vienpusiai, idealūs impulsyvūs manevrai, nebent pažymėti tipiški.Realios misijos prideda nuostolių ir lėktuvo pakeitimų.
Išbandykite tai
- Paspauskite "Į orbitą" eiti iš Žemės paviršiaus į žemą Žemės orbitą.Pastaba: Pirmasis žingsnis kainuoja 9,4 km/s. Nuo orbitos iki Mėnulio paviršiaus keliauti kainuoja tik apie 5,6 km/s daugiau.
- Paspauskite "Į Mėnulį", tada "Į Marsą" ir palyginkite sumas.Pastaba: Jie beveik vienodi: apie 15,0 ir 15,1 km/s, nors Marsas visada yra daugiau nei šimtą kartų toliau nei Mėnulis.Marse yra oro, kuriuo galima stabdyti nusileidus, o Mėnulyje jo nėra, todėl kiekvienas lėtėjimas kainuoja degalus.
- Planuoti kelionę iš Marso paviršiaus atgal į Žemės paviršių.Pastaba: The last leg, down to Earth's surface, costs 0 km/s: Earth's air and a heat shield do the braking, as they did for every Apollo crew. Climbing off Mars still costs about 4.1 km/s.
- Paspauskite "Į geostacionarią orbitą" ir palyginkite tai su iš Žemės į Mėnulį.Pastaba: Patekimas į aukštą orbitą, kur yra televizijos ir oro palydovai, kainuoja maždaug tiek pat, kiek patekimą į Mėnulio orbitą: apie 3,9 km/s iš žemos Žemės orbitos abiem atvejais.
Už jo slypinčios idėjos
Kas yra delta-v?
Įsivaizduokite kelionę automobiliu.Sudėkite kiekvieną kartą, kai pagreitinate ir kiekvieną kartą, kai stabdote: ši suma yra jūsų delta-v. Kosmose nėra kelio, į kurį stumiate, ir nėra stabdžių, todėl kiekvienas greičio pokytis, aukštyn ar žemyn, turi būti iš raketos variklio, o kiekvienas jo dalis kainuoja degalus.
Kodėl pakilti į orbitą yra sunkiausias žingsnis?
Būti orbitoje reiškia ne būti aukštai, o judėti į šoną tokiu greičiu, kad vis krentama aplink Žemę, o ne į ją. Tiesiog virš oro tai reiškia apie 7,8 km/s (apie 28000 km/h), vieną kartą apskriejus planetą per maždaug 90 minučių. Pakeliui raketa taip pat praranda maždaug nuo 1,5 iki 2 km/s kovodama su gravitacija ir oro pasipriešinimu (Žemės sukimosi greitis šiek tiek atsilieka), taigi šis vienas žingsnis kainuoja apie 9,4 km/s.
Kodėl nusileidimas Marse yra pigesnis nei nusileidimas Mėnulyje?
Marse yra plona atmosfera. Nusileidimo aparatas smūgiuoja į jį dideliu greičiu, o jo šilumos skydas paverčia greitį į šilumą; parašiutai ir trumpa raketos dalis pabaigoje sudegina viską. Taigi žemėlapyje skaičiuojama 0 km/s raketinio kuro nusileidimo į Marsą metu, bet 1,63 km/s Mėnulyje be oro, kur varikliai turi atlikti visus stabdymus. Išvykti iš Marso yra kita istorija: pakilimas atgal į orbitą kainuoja apie 4,1 km/s.
Kas yra aerostabdymas?
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.
Kodėl kiekvienas km/s yra toks svarbus?
Raketa turi turėti savo kurą, o šis kuras taip pat turi būti stumdomas, todėl kiekvienam papildomam km/s reikia daugiau kuro nei ankstesniam. Štai kodėl „Saturn V“, kuri išsiuntė astronautus į Mėnulį, paleidimo metu svėrė beveik 3000 tonų, didžiąją dalį jų sudarė raketinis kuras.
Šaltiniai: apskaičiuotos kojos naudoja standartines dviejų kūnų orbitos formules su NASA/JPL planetų duomenimis (scripts/build-deltav.mjs); tipinės kojos iš straipsnio apie Delta-v biudžetą Vikipedijoje ir jo cituojamų nuorodų. Saturn V paleidimo masė: NASA. Mars Reconnaissance Orbiter aerostabdymas: NASA/JPL.
Sakykim „delta vee“ – tai reiškia „greičio pokytis“, t. y. kiek erdvėlaivis turi pagreitėti, sulėtinti ar pakeisti kryptį. Tai veikia kaip kuro sąnaudos kelionei, matuojamos kilometrais per sekundę (km/s).
Daugiau žodyne →Kažkas, kuris nuolat krenta aplink planetą ar žvaigždę, bet niekada nepataiko į jį, nes jis juda į šoną pakankamai greitai.
Daugiau žodyne →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.
Aukštoje orbitoje, 35786 km virš pusiaujo, viena kelionė aplink Žemę trunka tiek pat laiko, kiek vienas Žemės apsisukimas (šiek tiek mažiau nei 24 valandos).Palydovas ten atrodo vis dar kabo danguje, todėl TV ir oro palydovai naudojasi juo.
Ištempta orbita, kurią važiuodamas iš vienos vietos į kitą, panašiai kaip greitkelio nuokalne, tu tik praeini pro ją, nepasilieki.
Naudojant planetos orą kaip laisvąjį stabdį, erdvėlaivis įkrenta į ploną atmosferos viršutinę dalį ir oro pasipriešinimas jį sulėtina, taupydamas kurą. Kaina yra šiluma, todėl reikia šilumos skydo arba daug švelnių praėjimų.
Taupiausias būdas judėti tarp dviejų apvalių orbitų: vienu paspaudimu pradėkite ovalią trajektoriją, kuri vos liečia naują orbitą, ir antrą kartą paspauskite, kai ten pateksite.
Daugiau žodyne →Duomenų lentelė (alternatyvus tekstas)
| Nuo | Du | → | ← | Kaip tai buvo išspręsta |
|---|---|---|---|---|
| Žemės paviršius | Žema Žemės orbita (200 km) | 9,4 km/s | 0 km/s (gali naudoti aerobraking) | tipiškas (paskelbtas): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesPaleistis į orbitą: maždaug 7,8 km/s orbitinis greitis plius nuostoliai dėl gravitacijos ir oro pasipriešinimo. |
| Žema Žemės orbita (200 km) | Geostacionari perdavimo orbita | 2,45 km/s | 2,45 km/s (gali naudoti aerobraking) | apskaičiuotas (idealus): Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| Geostacionari perdavimo orbita | Geostacionari orbita | 1,48 km/s | 1,48 km/s | apskaičiuotas (idealus): Hohmann apogee burn, no plane changeJei paleidimo vieta yra toli nuo pusiaujo, orbitos polinkis taip pat padidėja keliais šimtais metrų per sekundę. |
| Žema Žemės orbita (200 km) | Žemės pabėgti žaidimai | 3,22 km/s | 3,22 km/s (gali naudoti aerobraking) | apskaičiuotas (idealus): Escape speed minus circular speed at 200 km |
| Žema Žemės orbita (200 km) | Perkelti į Mėnulį | 3,13 km/s | 3,13 km/s (gali naudoti aerobraking) | apskaičiuotas (idealus): Raise apogee to the Moon's mean distance |
| Perkelti į Mėnulį | Žema Mėnulio orbita (100 km) | 0,82 km/s | 0,82 km/s | apskaičiuotas (idealus): Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| Žema Mėnulio orbita (100 km) | Mėnulio paviršius | 1,63 km/s | 1,63 km/s | apskaičiuotas (idealus): Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| Žema Žemės orbita (200 km) | Perkelti į Marsą | 3,61 km/s | 3,61 km/s (gali naudoti aerobraking) | apskaičiuotas (idealus): Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| Perkelti į Marsą | Žema Marso orbita (300 km) | 2,09 km/s (gali naudoti aerobraking) | 2,09 km/s | apskaičiuotas (idealus): Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| Žema Marso orbita (300 km) | Marso paviršius | 0 km/s (gali naudoti aerobraking) | 4,1 km/s | tipiškas (paskelbtas): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesNusileidimas dažniausiai vyksta atmosferoje (šilumos skydas ir parašiutai); pakilimas į orbitą yra paskelbta tipinė vertė. |
| Žema Žemės orbita (200 km) | Artimiausias Žemei asteroidas (Bennu) | 4,11 km/s | 4,11 km/s (gali naudoti aerobraking) | apskaičiuotas (idealus): Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| Žema Žemės orbita (200 km) | Ceres orbita | 9,48 km/s | 9,48 km/s (gali naudoti aerobraking) | apskaičiuotas (idealus): 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 |
Įrankiai ir pamokos naudoja supaprastintus modelius tik mokymuisi, jie neturi būti naudojami navigacijai, misijų planavimui ar bet kokiems operatyviniams sprendimams. Sertifikatai yra nemokami ir neakredituoti. Skaitykite mokomojo turinio atsakomybės atsisakymą