Дельта-v карта
Сколько изменения скорости требуется для перемещения между Землей, орбитой, Луной, Марсом и астероидами.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Дельта-v карта
Что это? Карта космических полетов. Каждая линия представляет собой один этап полета, а ее число говорит о том, насколько космический аппарат должен изменить свою скорость для того, чтобы пролететь этот этап. Сложите эти точки и вы получите бюджет топлива для этого полета.
Как использовать: Выберите место отправления и назначения: нажмите две точки на карте, используйте меню «От» и «До» или нажмите одну из кнопок поездки. Маршрут загорится, а шкала бюджета топлива суммирует каждый участок.
Бюджет топлива для этой поездки
Итого, дельта-v
Проведите пальцем в сторону, чтобы увидеть всю карту.
Значения односторонние, идеальные импульсивные маневры если не отмечены типичными. Реальные миссии добавляют потери и изменения планов.
Попробуйте это
- Нажмите "На орбиту", чтобы перейти с поверхности Земли на низкую околоземную орбиту.Примечание: Этот первый шаг стоит 9,4 км/с. Продолжение с орбиты до поверхности Луны стоит всего лишь около 5,6 км/с больше.
- Нажмите "На Луну", затем "На Марс" и сравните суммы.Примечание: Они почти одинаковы: около 15,0 и 15,1 км/с, хотя Марс всегда находится в сотни раз дальше Луны. На Марсе есть воздух для торможения при посадке; на Луне его нет, так что каждое замедление стоит топлива.
- Планируйте поездку с поверхности Марса обратно на поверхность Земли.Примечание: Последний этап, спуск к поверхности Земли, стоит 0 км/с: воздух Земли и теплозащитный щит тормозят, как это делалось для каждого экипажа Аполлона. Подъем с Марса все еще стоит около 4,1 км/с.
- Нажмите "На геостационарную орбиту" и сравните это с переходом с низкой земной орбиты на низкую лунную орбиту.Примечание: Доступ на высокую орбиту, где расположены телевизионные и метеорологические спутники, стоит примерно столько же, что и выход на орбиту вокруг Луны: около 3,9 км/с с низкой околоземной орбиты в обоих случаях.
Идеи, лежащие в основе
Что такое дельта-v?
Подумайте о поездке по дороге. Сложите каждый раз, когда вы ускоряетесь и каждый раз, когда тормозите: это суммарная величина вашего дельта-v. В космосе нет дороги, против которой можно толкать, и нет тормозов, так что каждое изменение скорости, вверх или вниз, должно происходить от ракетного двигателя, и каждая часть этого стоит топлива.
Почему вывод на орбиту является самым трудным шагом?
Нахождение на орбите не означает, что вы находитесь высоко. Это означает, что вы двигаетесь в сторону так быстро, что продолжаете падать вокруг Земли, а не в нее. Чуть над воздухом это означает около 7,8 км/с (около 28000 км/ч), один раз вокруг планеты примерно за 90 минут. По пути вверх ракета также теряет приблизительно от 1,5 до 2 км/с борясь с гравитацией и сопротивлением воздуха (вращающаяся Земля даёт немного назад), так что этот один шаг стоит около 9,4 км/с.
Почему посадка на Марс дешевле, чем посадка на Луну?
Марс имеет тонкую атмосферу. Спускаемый аппарат ударяется об этот воздух на большой скорости, и его теплозащитный экран превращает скорость в тепло; парашюты и короткий ракетный двигатель в конце делают все остальное. Таким образом, карта считает 0 км/с ракетного топлива для посадки на Марсе, но 1,63 км/с для безвоздушной Луны, где двигатели должны выполнять все торможение. Покинуть Марс - это другая история: подъем обратно на орбиту стоит около 4,1 км/с.
Что такое аэроторможение?
Использование воздуха планеты в качестве свободного тормоза. Космический аппарат погружается в тонкую верхнюю часть атмосферы, сопротивление замедляет его и это экономит топливо, которое он бы сжег в противном случае. В 2006 году NASA's Mars Reconnaissance Orbiter уменьшил свою орбиту таким образом, с сотнями погружений через верхний воздух Марса в течение примерно пяти месяцев.
Почему каждый км/с имеет такое значение?
Так что каждый дополнительный км/с требует больше топлива, чем предыдущий. Вот почему ракета Сатурн V, которая отправила астронавтов на Луну, весила почти 3000 тонн при запуске, большая часть из них - это топливо.
Источники: вычисленные ноги используют стандартные формулы орбит двух тел с NASA/JPL данных планеты (scripts/build-deltav.mjs); типичные ноги из статьи бюджета Delta-v в Википедии и ее цитированных источников. Масса запуска Saturn V: NASA. Аэроторможение Mars Reconnaissance Orbiter: NASA/JPL.
Скажите "дельта ве". Это означает "изменение скорости": насколько космический аппарат должен ускориться, замедлиться или изменить направление. Это работает как топливный бюджет для поездки, измеряемый в километрах в секунду (км/с).
Подробнее в глоссарии →Путь чего-то, что продолжает падать вокруг планеты или звезды, не попадая в нее, потому что оно достаточно быстро движется в сторону.
Подробнее в глоссарии →Орбита чуть выше воздуха, на высоте нескольких сотен километров. Международная космическая станция летит туда, совершая один оборот вокруг Земли за около 90 минут.
Высокая орбита, 35786 км над экватором, где один оборот Земли занимает столько же времени, сколько один оборот Земли (чуть меньше 24 часов). Спутник там кажется, что он не поднимается в небо, поэтому его используют телевизионные и погодные спутники.
Протянутая орбита, которая шла от одного места к другому, как скользящая дорога на автомагистрали. Вы только проходите по ней; вы не остаетесь там.
Использование воздуха планеты в качестве свободного тормоза. Космический аппарат погружается в тонкую верхнюю часть атмосферы и сопротивление воздуха замедляет его, экономя топливо. Цена - это тепло, поэтому он нуждается в тепловом щите или многих мягких проходах.
Наиболее топливоэффективный способ перемещения между двумя круговыми орбитами: один раз нажать, чтобы начать овальный путь, который только что касается новой орбиты, и второй раз, когда вы туда доберётесь.
Подробнее в глоссарии →Таблица данных (альтернативный текст)
| От | Два | → | ← | Как это было сделано |
|---|---|---|---|---|
| Поверхность Земли | Низкая околоземная орбита (200 км) | 9,4 км/c | 0 км/c (может использовать аэроторможение) | типичное (опубликованное): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesЗапуск на орбиту: около 7,8 км/с орбитальной скорости плюс потери в результате действия силы притяжения и сопротивления воздуха. |
| Низкая околоземная орбита (200 км) | Геостационарная переходная орбита | 2,45 км/c | 2,45 км/c (может использовать аэроторможение) | расчетный (идеальный): Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| Геостационарная переходная орбита | Геостационарная орбита | 1,48 км/c | 1,48 км/c | расчетный (идеальный): Hohmann apogee burn, no plane changeИз места запуска далеко от экватора, также изменение наклона орбиты добавляет несколько сотен метров в секунду. |
| Низкая околоземная орбита (200 км) | Побег с Земли | 3,22 км/c | 3,22 км/c (может использовать аэроторможение) | расчетный (идеальный): Escape speed minus circular speed at 200 km |
| Низкая околоземная орбита (200 км) | Перевод на Луну | 3,13 км/c | 3,13 км/c (может использовать аэроторможение) | расчетный (идеальный): Raise apogee to the Moon's mean distance |
| Перевод на Луну | Низкая лунная орбита (100 км) | 0,82 км/c | 0,82 км/c | расчетный (идеальный): Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| Низкая лунная орбита (100 км) | Поверхность Луны | 1,63 км/c | 1,63 км/c | расчетный (идеальный): Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| Низкая околоземная орбита (200 км) | Перевод на Марс | 3,61 км/c | 3,61 км/c (может использовать аэроторможение) | расчетный (идеальный): Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| Перевод на Марс | Низкая орбита Марса (300 км) | 2,09 км/c (может использовать аэроторможение) | 2,09 км/c | расчетный (идеальный): Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| Низкая орбита Марса (300 км) | Поверхность Марса | 0 км/c (может использовать аэроторможение) | 4,1 км/c | типичное (опубликованное): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesДля посадки в основном используется атмосфера (тепловой щит и парашюты); для восхождения на орбиту используются опубликованные типичные значения. |
| Низкая околоземная орбита (200 км) | Сближающийся с Землей астероид (Бенну) | 4,11 км/c | 4,11 км/c (может использовать аэроторможение) | расчетный (идеальный): Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| Низкая околоземная орбита (200 км) | Орбита Цереры | 9,48 км/c | 9,48 км/c (может использовать аэроторможение) | расчетный (идеальный): 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 |
Инструменты и уроки используют упрощенные модели только для обучения. Они не должны использоваться для навигации, планирования миссий или любого оперативного решения. Сертификаты бесплатны и не аккредитованы. Прочитайте оговорку об образовательном контенте