Bản đồ Delta- v
Số lượng thay đổi tốc độ cần thiết để di chuyển giữa Trái Đất, quỹ đạo, Mặt Trăng, Sao Hỏa và các tiểu hành tinh.
ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Bản đồ Delta- v
Cái gì thế này? Một bản đồ các chuyến bay không gian. Mỗi đường là một phần của hành trình, và con số của nó cho biết tàu vũ trụ phải thay đổi tốc độ bao nhiêu để bay được đoạn đó. Cộng lại các đoạn và bạn sẽ có ngân sách nhiên liệu của chuyến đi.
Cách dùng: Chọn điểm bắt đầu và điểm đến: nhấn hai chấm trên bản đồ, dùng thực đơn Từ và Đến, hoặc nhấn một trong những nút đi. Con đường sẽ sáng lên và thanh ngân sách nhiên liệu cộng dồn mỗi đoạn.
Ngân sách nhiên liệu cho chuyến đi này
Delta- v tổng
Đưa lướt sang bên để xem toàn bộ bản đồ.
Các giá trị là một chiều, lý tưởng động tác xung đột trừ khi được đánh dấu điển hình.
Thử cái này xem.
- Nhấn "To orbit" để đi từ bề mặt Trái Đất đến quỹ đạo Trái Đất thấp.Ghi chú: Bước đầu tiên tốn 9,4 km/s. Tiếp tục từ quỹ đạo đến bề mặt Mặt Trăng chỉ tốn thêm khoảng 5,6 km/s.
- Nhấn "To the Moon", sau đó "To Mars", và so sánh tổng số.Ghi chú: Chúng gần như giống nhau: khoảng 15,0 và 15,1 km/s, mặc dù Sao Hỏa luôn xa hơn Mặt Trăng hơn một trăm lần.Sao Hỏa có không khí để phanh khi bạn hạ cánh; Mặt Trăng không có, vì vậy mỗi chút chậm lại tốn nhiên liệu.
- Kế hoạch một chuyến đi từ bề mặt sao Hỏa trở lại bề mặt Trái Đất.Ghi chú: Phần cuối cùng, xuống bề mặt Trái Đất, tốn 0 km/s: Không khí của Trái Đất và một lớp khiên nhiệt làm việc phanh, như họ đã làm cho mọi phi hành đoàn Apollo. Đi lên khỏi sao Hỏa vẫn tốn khoảng 4.1 km/s.
- Nhấn "Đến quỹ đạo ổn định" và so sánh nó với đi từ quỹ đạo Trái Đất thấp đến quỹ đạo Mặt Trăng thấp.Ghi chú: Đến quỹ đạo cao nơi các vệ tinh TV và thời tiết nằm có chi phí tương đương với quỹ đạo quanh Mặt Trăng: khoảng 3,9 km/s từ quỹ đạo Trái Đất thấp trong cả hai trường hợp.
Ý tưởng đằng sau nó
Delta-v là gì?
Hãy nghĩ về một chuyến đi trên đường. Cộng lại mỗi lần bạn tăng tốc và mỗi lần bạn phanh: tổng số đó là delta-v của bạn. Trong không gian, không có đường để đẩy và không có phanh, vì vậy mỗi sự thay đổi tốc độ, lên hay xuống, phải đến từ động cơ tên lửa, và mỗi phần trong đó tốn nhiên liệu.
Tại sao bước khó nhất là đi vào quỹ đạo?
Ở trên quỹ đạo không phải là ở trên cao. Nó là về việc đi ngang quá nhanh đến nỗi bạn cứ rơi quanh Trái Đất thay vì vào trong nó. Chỉ trên không khí có nghĩa là khoảng 7.8 km/s (khoảng 28,000 km/h), một lần quay quanh hành tinh trong khoảng 90 phút. Trên đường lên một tên lửa cũng mất khoảng 1.5 đến 2 km/s chống lại lực hấp dẫn và sức cản không khí (vòng quay của Trái Đất cho một chút trở lại), vì vậy bước này tốn khoảng 9.4 km/s.
Tại sao hạ cánh trên Sao Hỏa rẻ hơn hạ cánh trên Mặt Trăng?
Sao Hỏa có một bầu khí quyển mỏng. Một tàu đổ bộ va vào không khí với tốc độ cao và lớp khiên nhiệt của nó biến tốc độ thành nhiệt; dù và một vụ nổ tên lửa ngắn ở cuối sẽ làm phần còn lại. Vì vậy bản đồ tính 0 km/s nhiên liệu tên lửa cho hạ cánh trên Sao Hỏa, nhưng 1.63 km/s cho Mặt Trăng không khí, nơi động cơ phải làm tất cả các khởi động. Rời khỏi sao Hỏa là một câu chuyện khác: leo lên quỹ đạo tốn khoảng 4.1 km/s.
Aerobraking là gì?
Sử dụng không khí của hành tinh như là một phanh tự do. Một tàu vũ trụ lặn vào tầng trên mỏng của khí quyển, lực cản làm chậm nó, và tiết kiệm nhiên liệu mà nếu không sẽ bị đốt cháy. Trong năm 2006 NASA Mars Reconnaissance Orbiter thu hẹp quỹ đạo của mình theo cách này, với hàng trăm lần lặn qua tầng trên của Sao Hỏa trong khoảng năm tháng.
Tại sao mỗi km/s lại quan trọng đến thế?
Một tên lửa phải mang theo nhiên liệu của nó, và nhiên liệu đó cũng phải được đẩy đi. Vì vậy mỗi km/s thêm cần nhiều nhiên liệu hơn so với trước đây. Đó là lý do tại sao Saturn V gửi các phi hành gia lên Mặt Trăng nặng gần 3000 tấn khi phóng, hầu hết là nhiên liệu đẩy.
Nguồn: các chân tính toán sử dụng công thức quỹ đạo hai vật thể tiêu chuẩn với NASA/JPL planet data (scripts/build-deltav.mjs); typical legs from the Delta-v budget article on Wikipedia and its cited references. ^ a ă â b c d đ e ê g h i “Saturn V launch mass:”. NASA- Động cơ của tàu quỹ đạo trinh sát sao Hỏa: NASA- JPL.
Nói "delta vee". Nó có nghĩa là "sự thay đổi tốc độ": tàu vũ trụ phải tăng tốc, chậm lại hay thay đổi hướng bao nhiêu. Nó hoạt động như một ngân sách nhiên liệu cho một chuyến đi, đo bằng kilômét trên giây (km/ s).
Nhiều hơn trong từ điển →Đường đi của một vật gì đó cứ rơi quanh một hành tinh hay ngôi sao mà không bao giờ đâm vào nó, bởi vì nó di chuyển theo chiều ngang đủ nhanh.
Nhiều hơn trong từ điển →Trạm vũ trụ quốc tế bay ở đó, đi vòng quanh Trái Đất trong khoảng 90 phút.
Một quỹ đạo cao, 35.786 km trên xích đạo, nơi một chuyến đi quanh Trái Đất mất thời gian như một vòng quay của Trái Đất (chỉ dưới 24 giờ).
Một quỹ đạo kéo dài được dùng để đi từ một nơi đến nơi khác, giống như đường cao tốc. Bạn chỉ đi qua nó; bạn không ở lại đó.
Sử dụng không khí của hành tinh như là phanh tự do. Tàu vũ trụ chìm vào tầng trên cùng mỏng manh của bầu khí quyển và lực cản không khí làm chậm nó, tiết kiệm nhiên liệu. Chi phí là nhiệt, vì vậy nó cần một lớp khiên nhiệt hoặc nhiều lần đi qua nhẹ nhàng.
Cách tiết kiệm nhiên liệu nhất để di chuyển giữa hai quỹ đạo tròn: một đẩy để bắt đầu một con đường hình elip chỉ chạm vào quỹ đạo mới, và đẩy thứ hai khi bạn đến đó.
Nhiều hơn trong từ điển →Bảng dữ liệu (đơn vị thay thế)
| Từ | Hai | → | ← | Làm thế nào mà nó được giải quyết |
|---|---|---|---|---|
| Bề mặt Trái Đất | Quỹ đạo Trái Đất thấp (200 km) | 9,4 km/giây | 0 km/giây (có thể dùng phanh khí) | điển hình (đã công bố): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesVận tốc quỹ đạo: khoảng 7,8 km/s cộng với sự mất mát do lực hấp dẫn và sức cản không khí. |
| Quỹ đạo Trái Đất thấp (200 km) | Quỹ đạo chuyển đổi tĩnh | 2,45 km/giây | 2,45 km/giây (có thể dùng phanh khí) | tính toán (lý tưởng): Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| Quỹ đạo chuyển đổi tĩnh | Quỹ đạo ổn định | 1,48 km/giây | 1,48 km/giây | tính toán (lý tưởng): Hohmann apogee burn, no plane changeTừ một vị trí phóng xa xích đạo, thay đổi độ nghiêng quỹ đạo cũng tăng thêm vài trăm mét trên giây. |
| Quỹ đạo Trái Đất thấp (200 km) | Trái Đất trốn thoát | 3,22 km/giây | 3,22 km/giây (có thể dùng phanh khí) | tính toán (lý tưởng): Escape speed minus circular speed at 200 km |
| Quỹ đạo Trái Đất thấp (200 km) | Chuyển đến Mặt Trăng | 3,13 km/giây | 3,13 km/giây (có thể dùng phanh khí) | tính toán (lý tưởng): Raise apogee to the Moon's mean distance |
| Chuyển đến Mặt Trăng | Quỹ đạo Mặt Trăng thấp (100 km) | 0,82 km/giây | 0,82 km/giây | tính toán (lý tưởng): Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| Quỹ đạo Mặt Trăng thấp (100 km) | Bề mặt Mặt Trăng | 1,63 km/giây | 1,63 km/giây | tính toán (lý tưởng): Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| Quỹ đạo Trái Đất thấp (200 km) | Chuyển tới sao Hỏa | 3,61 km/giây | 3,61 km/giây (có thể dùng phanh khí) | tính toán (lý tưởng): Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| Chuyển tới sao Hỏa | Quỹ đạo thấp Sao Hỏa (300 km) | 2,09 km/giây (có thể dùng phanh khí) | 2,09 km/giây | tính toán (lý tưởng): Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| Quỹ đạo thấp Sao Hỏa (300 km) | Bề mặt sao Hỏa | 0 km/giây (có thể dùng phanh khí) | 4,1 km/giây | điển hình (đã công bố): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including lossesĐổ bộ chủ yếu sử dụng khí quyển (lớp khiên nhiệt và dù); sự leo lên trở lại quỹ đạo là giá trị điển hình được công bố. |
| Quỹ đạo Trái Đất thấp (200 km) | Tiểu hành tinh gần Trái Đất (Bennu) | 4,11 km/giây | 4,11 km/giây (có thể dùng phanh khí) | tính toán (lý tưởng): Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| Quỹ đạo Trái Đất thấp (200 km) | Quỹ đạo Ceres | 9,48 km/giây | 9,48 km/giây (có thể dùng phanh khí) | tính toán (lý tưởng): 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 |
Công cụ và bài học chỉ dùng mô hình đơn giản để học. Chúng không được dùng cho định hướng, kế hoạch nhiệm vụ hay bất kỳ quyết định hoạt động nào. Chứng nhận là miễn phí và không được công nhận. Đọc bản tuyên bố nội dung giáo dục