Hyrja orbitale: duke u kapur

Më 10 mars 2006, pas shtatë muajsh në hapësirë, Mars Reconnaissance Orbiter i NASA-së ndezi gjashtë motorët e tij kryesorë për 27 minuta. Për një pjesë të asaj kohe ishte pas Marsit, jashtë kontaktit me radio: askush në Tokë nuk mund ta dinte nëse kishte punuar. Nëse djegia do të dështonte, anija kozmike do të fluturonte përtej Marsit dhe në një orbitë të pafund rreth Diellit.

Të arrish nuk është mjaft. Duhet të kapësh.

Shiko.

Një anije hapësinore nuk “ndalon” në një planet. Ajo bie drejt saj, përshpejtuar si ajo bëhet më afër, në një kurbe të hapur të quajtur një hiperbole. Të lihet vetëm, do të lëvizte rreth planetit dhe do të ngjitej përsëri, aq shpejt sa erdhi.

Për të qëndruar, duhet të humbasë shpejtësinë në momentin e duhur. afërsia më e afërt:

1. Kapja e djegies. Motorët zjarr kundër drejtimit të lëvizjes. Një djegie modeste e kthen kurvën e hapur në një ellips të gjatë dhe të mbyllur.
2. Aerofremë. Në vend të djegies së më shumë karburantit, kontrollorët e ulën pikën më të ulët të orbitës në pjesën e sipërme të atmosferës. Çdo kalim, një shtytje e vogël ajrore ngadalëson anijen dhe pika e lartë zhytet.
3. Orbita shkencore. Pas qindra kalimeve gjatë rreth pesë muajve, MRO arriti një orbitë të ulët, pothuajse rrethore rreth 250 me 316 km lartësi dhe mund të fillonte hartimin e Marsit.

Kuptoje.

Duke ardhur nga Toka në një rrugë të ngjashme me Hohmann, anija kozmike arrin në Mars rreth 2.65 km/s më ngadalë se Marsi. Nga pikëpamja e Marsit, kjo është “shpejtësia në pafundësi”, v∞. Duke rënë në 426 km mbi sipërfaqe, ajo shpejton deri në

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

Në një elipsë nga 426 km në 44,500 km, shpejtësia në pikën më të ulët duhet të jetë 4.56 km/s (vis-viva). Ideali, djegien e kapjes së menjëhershme është prandaj rreth 0.87 km/s. Një djegie reale 27-minutëshe është më pak e efektshme sepse ajo përhapet përgjatë kurvës; MRO ngadalësoi anijen kozmike me rreth 1 km/s.

Kapja drejt në një orbitë të ulët rrethore do të kushtojë rreth 2 km / s (shiko Provo). Aerofrënkimi e ruan shumicën e kësaj diference, dhe karburanti i kursyer bëhet anije hapësinore dhe shkencë.

Mjeshtër

Një hiperbolë ka gjysmë-boshtin e madh a = −μ/v∞² dhe ekscentrësinë e = 1 + r_p v∞²/μ. Koha e fluturimit nga larg në periapsis është vendosur nga ekuacioni hiperbolik i Keplerit M = e sinh F − F.

Kapja Δv në periapsis r_p në një elips me apoapsis r_a është

Rr = (2 + r)/(2 + r)

e cila është më e vogla për një elipse shumë të gjatë (r_a → e madhe): anija hapësinore mezi kapet. Kjo është arsyeja pse mbërritjet së pari hyjnë në një orbitë të lirë, dhe pse frenimi i ajrit apo disa djegies më të vogla ndjekin. Për misionet e ekuipazhit të Marsit, aerocapture (një kalim i vetëm i thellë nëpër atmosferë pas një mburoje nxehtësie) mund të zëvendësojë djegien e kapjes së plotë.