Bei welchem ​​Abstand und bei welcher Annäherungsgeschwindigkeit erfolgt während eines orbitalen Rendezvous der Übergang von der orbitalen Mechanik zum „Herumfahren“?

Es gilt immer die Orbitalmechanik.

Beim Shuttle wurden die beiden unterschiedlichen Betriebsphasen als Rendezvous Ops und Prox Ops bezeichnet

Der Haltepunkt zwischen den beiden wurde in den Space-Shuttle-Flugregeln , Regel A2-116 (Hervorhebung von mir) definiert.

A. RNDZ OPS SIND DEFINIERT UM ALLE ORBITER RNDZ MANÖVER UND ZUGEHÖRIGE RNDZ AKTIVITÄTEN ZU ENTHALTEN, DIE MIT DER EINLEITUNG VON PROX OPS BEENDEN.

B. PROX-OPS BEGINNEN BEI ABSCHLUSS DER RNDZ-OPS, WENN DIE ORBITER-ENTFERNUNG ZUM ZIEL < 1000 FUSS BETRÄGT UND DIE LVLH-RELATIVGESCHWINDIGKEIT < 1 FPS IN JEDER ACHSE BETRÄGT.

RNDZ OPS nutzen Führung, Navigation und Steuerung in einem geschlossenen Regelkreis, um einen gewünschten relativen Zustand zu erreichen. PROX OPS ist eine Post-RNDZ-Aktivität, bei der andere Techniken zur „Steuerung“ der Flugbahn des Orbiters verwendet werden als die, die während RNDZ OPS verwendet wurden. Diese Techniken beruhen auf visuellen Beobachtungen der Besatzung und Pilottechniken, um einen gewünschten relativen Zustand zu erreichen. Diese Definitionen dienen als Referenz.

Orbitale Mechanikeffekte während Prox-Operationen werden in diesem Auszug aus dem JSC Rendezvous Crew Training Handbook (derzeit nicht online) behandelt.

Captain Wally Schirra war die erste Person, die jemals erfolgreich ein Rendezvous im Weltraum abgehalten hat. Hier ist mehr oder weniger, wie er die Frage beantwortet hätte (dies ist ein Zitat von Capt. Schirra nach Gemini 6A):

„Jemand sagte … wenn du auf bis zu 5 km kommst, hast du ein Rendezvous. Wenn jemand denkt, er hätte ein Rendezvous bei 5 km gemacht, viel Spaß! Das war, als wir damit anfingen Unsere Arbeit. Ich glaube nicht, dass das Rendezvous vorbei ist, bis Sie angehalten werden – vollständig angehalten – ohne relative Bewegung zwischen den beiden Fahrzeugen in einer Entfernung von etwa 120 Fuß (37 m). Das ist Rendezvous! Von da an heißt es Position halten. Dann kannst du zurückgehen und das Spiel spielen, ein Auto zu fahren, ein Flugzeug zu fahren oder ein Skateboard zu schieben – so einfach ist es."

Sobald das Rendezvous bis zu dem Punkt fortgeschritten ist, an dem die Reichweite zwischen dem "Verfolger"- und dem "Ziel"-Fahrzeug auf ~1000 Fuß oder weniger gesunken ist, wird der Pilot des Verfolger-Fahrzeugs feststellen, dass alle relativen Bewegungen in Bezug auf das Zielfahrzeug auf reduziert sind Null (oder fast Null), die Aufgabe, eine stabile Position (wiederum in Bezug auf das Zielfahrzeug) oder die Position zu halten , wird ganz einfach - wie Captain Schirra es ausdrückte: "Dann können Sie zurückgehen und das Spiel von spielen Auto fahren oder Flugzeug fahren oder Skateboard schieben – so einfach ist das."

Mit anderen Worten, sobald das Verfolgerfahrzeug die Bedingungen erreicht hat, die zum Einrichten der Positionshaltung erforderlich sind, werden die Auswirkungen der Orbitalmechanik fast unmerklich - und werden weniger bemerkbar, je näher die beiden Fahrzeuge beieinander sind (die relative Bewegung wird gering gehalten) ...

Um die Dinge ins rechte Licht zu rücken, heißt es im Rendezvous Crew Training Handbook der NASA (vom November 1998), dass für den Space Shuttle Orbiter die Positionshaltung, wenn sie sich auf der Vbar in einer Entfernung von 1000 Fuß und in einer kreisförmigen Umlaufbahn von 160 Seemeilen befindet, nein erfordern sollte mehr als ~70 Pfund. Treibmittel pro Umlaufbahn. Das ist ziemlich niedrig. Alternativ besagt die Referenz auch, dass, wenn die Positionshaltung stattdessen bei 40 Fuß auf dem Rbar eingerichtet wird (mit den gleichen Orbitalparametern des Zielfahrzeugs), der Propellerverbrauch in der Größenordnung von 100 lb/rev liegen sollte.

FYI, man kann im Allgemeinen schlussfolgern, dass je einfacher die Pilotierungsaufgabe ist, desto geringer ist der Prop-Verbrauch.

Der Übergang von der Orbitalmechanik zum intuitiven „Autofahren“-Manövrieren wird nicht durch Entfernung oder Zeit bestimmt, sondern durch die Winkeländerung der Orbitalphase während des Manövers.

Wenn das geplante Manöver in einem kleinen orbitalen Phasenwinkel (z. B. 5 * oder 2 Minuten in LEO) abgeschlossen wird, spielt die orbitale Mechanik eine kleine Rolle bei der relativen Flugbahn zwischen Ziel und Abfangjäger. Wenn das geplante Manöver 180* (eine Stunde in LEO) dauert, hat die Orbitalmechanik ihre maximale Wirkung. Der Orbitalmechanik-Effekt verschwindet nie für kurze Manöver … er schrumpft nur in seiner Größe, bis er in der „Positionshaltung“ verloren geht.

Eine nützliche Analogie ist die Coriolis-Kraft auf einem Karussell. Sie können auf einem Karussell kein Snooker spielen, da sich das Fahrgeschäft während der Flugbahn des Balls erheblich dreht. Eine Handfeuerwaffe wird jedoch auf einem Karussell immer noch „gerade schießen“, da die Flugdauer der Kugel nur einen winzigen Bruchteil der Rotation der Fahrt ausmacht.