Pemasangan orbit: sedang ditangkap

Pada 10 Mac 2006, selepas tujuh bulan di angkasa, Mars Reconnaissance Orbiter NASA menembak enam enjin utamanya selama 27 minit. Untuk sebahagian masa itu ia berada di belakang Mars, keluar dari hubungan radio: tiada siapa di Bumi boleh tahu sama ada ia telah berfungsi. Jika pembakaran gagal, pesawat angkasa akan terbang melewati Mars dan ke dalam orbit tanpa henti di sekeliling matahari.

Hanya sampai saja tak cukup. Awak mesti ditangkap.

Lihat

Sebuah pesawat angkasa tidak “henti” di planet. Ia jatuh ke arahnya, mempercepatkan apabila ia mendekati, pada lengkung terbuka yang dipanggil hiperbola. Jika dibiarkan, ia akan berlari di sekeliling planet dan melompat keluar lagi, sama pantas seperti yang datang.

Untuk kekal, ia perlu kehilangan kelajuan pada masa yang tepat, pendekatan terdekat:

1. Capture burn. Enjin menembak melawan arah pergerakan. Sebuah kebakaran sederhana mengubah lengkung terbuka menjadi panjang, tertutup elips.
2. Aerobraking. Alih-alih membakar lebih banyak bahan api, pengendali menurunkan titik rendah orbit ke bahagian atas atmosfera yang tipis. Setiap kali, sedikit tarikan udara memperlahankan pesawat angkasa dan titik tinggi tenggelam.
3. Orbit sains. Selepas ratusan laluan selama lima bulan, MRO mencapai orbit rendah, hampir bulat sekitar 250 oleh 316 km ke atas, dan boleh mula memeta Mars.

Faham

Datang dari Bumi pada laluan seperti Hohmann, pesawat angkasa mencapai Mars sekitar 2.65 km/s lebih perlahan daripada Mars. Dari sudut pandang Mars, itu adalah “kelajuan tanpa had”, v∞. Menurun ke 426 km di atas permukaan, ia berkelajuan sehingga

v = √(v∞² + 2μ/r) = √(2.65² + 2 × 42,828 / 3,822) ≈ 5.4 km/s

Pada elips dari 426 km ke 44,500 km, kelajuan pada titik terendah mesti 4.56 km/s (vis-viva). Ideal, pembakaran tangkapan seketika adalah sekitar 0.87 km/s. 27 minit pembakaran sebenar kurang berkesan kerana ia tersebar sepanjang lengkungan; MRO memperlahankan pesawat angkasa oleh kira-kira 1 km / s.

Memancing terus ke orbit bulat rendah akan menelan kos sekitar 2 km/s (lihat Cuba ia). Aerobraking menjimatkan kebanyakan perbezaan itu, dan bahan api yang disimpan menjadi pesawat angkasa dan sains.

Master

Hiperbola mempunyai paksi semi-major a = −μ/v∞² dan eksentrisiti e = 1 + r_p v∞²/μ. masa penerbangan dari jauh ke periapsis ditetapkan oleh persamaan Kepler hiperbolik M = e sinh F − F.

Penangkapan Δv pada periapsis r_p ke dalam elips dengan apoapsis r_a adalah

Δv = √(v∞² + 2μ/r_p) − √(2μ r_a / (r_p (r_p + r_a)))

yang paling kecil bagi elips sangat panjang (r_a → besar): pesawat angkasa hampir tidak dapat ditangkap. Itulah sebabnya tiba pertama memasuki orbit longgar, dan mengapa aerobraking atau beberapa kebakaran yang lebih kecil mengikuti. Untuk misi Mars berkapal, aerocapture (sebuah laluan dalaman tunggal melalui atmosfera di belakang perisai haba) boleh menggantikan pembakaran tangkapan sepenuhnya.