ESO/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard) (CC BY 4.0)
Delta-v映射
什么是“不”? 太空旅行地图。 每条线代表一个航程的一个段落,其数字表示飞船在该段路程中必须改变速度多少。 将这些段落加起来,就可以得到航程的燃料预算。
如何使用: 选择起点和目的地:轻按地图上的两个点,使用"从"和"到达"菜单,或按下其中一个行程按钮。 路线将亮起,燃油预算栏将会计算每段路程的总费用。
此行的燃料预算
delta-v共计
向侧面轻扫以查看整个地图。
值是单向的,理想的冲动机动除非标记为典型。 真正的任务增加损失和飞机变化。
试试这个
- 按"轨道"从地球表面到低地球轨道。注意事项： 第一步的成本为9.4 km/s。从轨道一直到月球表面只需要花费大约5.6公里/秒的时间。
- 按"到月球 " , 然后"火星 " , 并比较总数。注意事项： 火星的速度和月球相差不大,分别是15.0公里/秒和15.1公里/秒。 火星上有空气可以用来制动,而月球却没有,所以每减速一点都需要燃料。
- 计划从火星表面返回地球表面的旅程。注意事项： 最后一段,即下降到地球表面的路程,成本为0公里/秒:地球的空气和热盾制动着火箭,就像对所有阿波罗飞行员一样。 离开火星仍然需要4.1公里/秒。
- 按"到地球静止轨道 " , 并将其与从低地球轨道到低月球轨道进行比较。注意事项： 进入电视和气象卫星所在的高轨道的成本与绕月轨道的成本大致相同:两者都从低地球轨道以每秒3.9公里的速度飞行。
背后的想法
什么是 delta-v?
想象一下一趟公路旅行,你每次加速和每次刹车的时间:这两者的总和就是你的 delta-v。 在太空中没有道路可以冲击,也没有刹车,所以每一次速度变化,上下,都必须来自火箭发动机,而每一次都需要燃料。
为什么进入轨道是最困难的一步?
轨道上不是高空,而是以极快的速度向侧面飞行,你不断地绕着地球而不是落入地球。 就在空气之上,这意味着大约7.8公里/秒(约28000公里/小时 ) , 一次环绕地球大约需要90分钟。 在上升途中,火箭还会因为重力和空气阻力而损失1.5到2公里/秒(地球自转给予了一些后退 ) , 所以这一步大约花费9.4公里/秒。
为什么在火星上着陆比在月球上着陆便宜?
火星有一个稀薄的大气层。着陆器以高速撞击这种空气，其热盾将速度转化为热量；降落伞和一个短的火箭燃烧在结束时做其余的。因此,地图计算火星着陆的火箭燃料0 km/s,但对于无空气月球,发动机必须做所有制动的1.63 km/s。离开火星是另一回事:爬上轨道需要花费大约4.1公里/秒。
什么是空气制动?
利用行星的空气作为自由制动器,航天器潜入薄薄的大气层顶部,阻力减缓了它的速度,并且节省了燃料。 在2006年 NASA火星侦察轨道器以这种方式缩小了它的轨道,在大约五个月内通过火星上层空气进行了数百次下降。
为什么每公里/秒都那么重要?
火箭必须携带自己的燃料,而且这些燃料还要被推进。 所以每秒增加一公里就需要更多的燃料。 这就是为什么把宇航员送上月球的土星五号发射时重达近3000吨,其中大部分是推进剂。
资料来源：计算腿部使用标准的两体轨道公式， NASA/JPL planet data (scripts/build-deltav.mjs ) ; 典型的部分来自维基百科上的德尔塔五号预算条目及其引用的参考资料。 NASA火星侦察轨道器空中制动： NASA太空人
说"delta vee " 。 它的意思是"速度变化 " : 航天器必须加快、减慢或改变方向多少。 这就像是一次旅行的燃料预算,以每秒公里(km/s)为单位计算。
术语表中的更多内容 →某物体不断绕行星或恒星而不撞击它的轨道,因为它正在以足够快的速度向侧面移动。
术语表中的更多内容 →国际空间站在这里飞行,每90分钟绕地球一圈。
一个高轨道,在赤道上方35786公里,绕地球一圈的时间就像绕地球一圈(不到24小时 ) 。 那里的一颗卫星似乎还悬浮在天空中,这就是为什么电视和气象卫星使用它。
一个从一个地方到另一个地方的延伸轨道,就像一条高速公路的斜坡。 你只能沿着它走过去;你不会在那里停留。
利用行星的空气作为自由制动器,航天器潜入薄薄的大气层顶部,空气阻力会减缓它的速度,节省燃料。 代价是热量,所以需要一个防热盾或多次轻柔的通过。
在两个圆形轨道之间移动的最节能方式:一按就可以开始一个椭圆形路径,直接触及新轨道,到达时再次按。
术语表中的更多内容 →数据表(替代文本)
| 从 | 二 | → | ← | 如何解决 |
|---|---|---|---|---|
| 地球表面 | 低地球轨道（200公里） | 9.4公里/秒 | 0公里/秒 (可以使用空气制动) | 典型(已公布): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including losses发射进入轨道：轨道速度约为7.8公里/秒，加上重力和空气阻力损失。 |
| 低地球轨道（200公里） | 地球静止转移轨道 | 2.45公里/秒 | 2.45公里/秒 (可以使用空气制动) | 计算(理想): Hohmann perigee burn, 200 km to 35,786 km altitude, equatorial |
| 地球静止转移轨道 | 地球静止轨道 | 1.48公里/秒 | 1.48公里/秒 | 计算(理想): Hohmann apogee burn, no plane change从远离赤道的发射场,改变轨道倾角也会增加几百米每秒。 |
| 低地球轨道（200公里） | 地球逃逸 | 3.22公里/秒 | 3.22公里/秒 (可以使用空气制动) | 计算(理想): Escape speed minus circular speed at 200 km |
| 低地球轨道（200公里） | 转移到月球 | 3.13公里/秒 | 3.13公里/秒 (可以使用空气制动) | 计算(理想): Raise apogee to the Moon's mean distance |
| 转移到月球 | 低月球轨道（100公里） | 0.82公里/秒 | 0.82公里/秒 | 计算(理想): Patched conic capture into a 100 km lunar orbit |
| 低月球轨道（100公里） | 月球表面 | 1.63公里/秒 | 1.63公里/秒 | 计算(理想): Circular speed at 100 km (ideal, no gravity losses; real landings need more) |
| 低地球轨道（200公里） | 转移到火星 | 3.61公里/秒 | 3.61公里/秒 (可以使用空气制动) | 计算(理想): Earth-Mars Hohmann departure from 200 km, Oberth effect included |
| 转移到火星 | 低火星轨道（300公里） | 2.09公里/秒 (可以使用空气制动) | 2.09公里/秒 | 计算(理想): Capture into a 300 km circular Mars orbit |
| 低火星轨道（300公里） | 火星表面 | 0公里/秒 (可以使用空气制动) | 4.1公里/秒 | 典型(已公布): Delta-v budget (Wikipedia, with its cited references), typical values including losses着陆主要使用大气层(热盾和降落伞)；返回轨道的升空是公布的典型值。 |
| 低地球轨道（200公里） | 近地小行星 (Bennu) | 4.11公里/秒 | 4.11公里/秒 (可以使用空气制动) | 计算(理想): Heliocentric Hohmann 1 au to Bennu's semi-major axis, coplanar (ignores its 6 degree inclination and its eccentricity); departure from 200 km LEO |
| 低地球轨道（200公里） | 穀神星軌道 | 9.48公里/秒 | 9.48公里/秒 (可以使用空气制动) | 计算(理想): 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 |
工具和课程仅使用简化模型进行学习,不得用于导航、飞行任务规划或任何操作决策。 证书是免费的且无认证。 阅读教育内容免责声明