Ein Objekt im Vorbeiflug an der Erde abfangen?

Angenommen, wir entdecken ein Objekt auf einer Umlaufbahn, das nahe an der Erde vorbeifliegt, in unser SOI eintritt, aber nach nur wenigen Tagen wieder entkommt. Wenn wir eine Mission starten wollten, um dieses Objekt abzufangen, wie würden wir vorgehen, um die Delta-V-effizienteste Flugbahn zu bestimmen, um dies zu erreichen? Vollständige Offenlegung, dies ist eine Frage, die von einer Situation in einem Spiel inspiriert wurde , aber es schien, als könnte es auch im wirklichen Leben eine interessante Situation sein.

Abgesehen davon, haben wir jemals eine echte Mission wie diese durchgeführt?

Mein derzeitiger Gedanke ist, dass Sie es intuitiv so zeitlich festlegen möchten, dass die Apoapsis Ihres Abfangjägers die Periapsis des eingehenden Objekts schneidet, und dann die Geschwindigkeit bei engster Annäherung anpassen, aber ich habe keine Ahnung, ob dies tatsächlich der effizienteste Weg ist es.

Auf Anfrage für weitere Informationen (Schätzung, wie die Situation des Spiels auf mehr Einheiten in der realen Welt abgebildet werden würde):

  1. Die Periapsis des ankommenden Objekts zur Erde beträgt etwa 0,17 Mondentfernungen.
  2. Die Inbound-Bahnneigung (relativ zur Sonne) beträgt 0,168 Grad.
  3. Die Exzentrizität der Umlaufbahn beträgt 0,388.

Ich bin bereit, etwas zu rechnen, um die Dinge herauszufinden, aber ich bin mir nicht sicher, wo ich anfangen soll.

Auf Wunsch hier Bilder von der Spielsituation.

Sonnenumlaufbahn des ankommenden Objekts (blaugrüner Bogen ist ankommend, violett ist die geschätzte Umlaufbahn nach der Begegnung):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Umlaufbahn bei Kerbin:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke nicht, dass Sie versuchen sollten, es realen Objekten zuzuordnen, es ändert die Situation. Außerdem gibt es hier viele Kerbal-Fans. Sie hat Delta V, mit dem sie arbeiten kann, das ist wichtig. Sie können Screenshots des Spiels machen, um einen besseren Überblick zu erhalten, oder?
@kimholder, würden Sie vorschlagen, die KSP-spezifischen Details zu der Frage auf Arqade zu posten oder sie tatsächlich hier zu posten? Ich war mir nicht sicher, ob es angebracht war, in einem Forum, das für ernsthaftere Weltraumforschung gedacht war, direkt nach einem Spiel zu fragen.
Korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber die Einheiten sind alle reale Einheiten, richtig? Aber Kerbin ist kleiner als die Erde, das ist relevant. Als Orbitalmechanik-Übung hält es stand. Mir persönlich macht es nichts aus, dass es sich um einen imaginären Planeten handelt, aber das ist eine Frage der Community. Um alle erforderlichen Details wie die genaue Flugbahn anzugeben, müssen Sie meiner Meinung nach die Informationen des Spiels verwenden.
Könntest du diese Referenzen auch hier posten? Es wäre besser, wenn die Leute hier entscheiden könnten, wie sie Ihre Frage behandeln, ohne auf eine andere Website gehen zu müssen.
Für einen Vergleich in der realen Welt würden Sie sich basierend auf den von Ihnen hinzugefügten Informationen die Umlaufbahnen von Aten -Asteroiden (Erdkreuzer mit einer großen Halbachse < 1) ansehen. Sie können eine Liste von einigen hier oder mehr hier finden , dann können Sie die meisten davon in die NASA Trajectory Browser-Suche in der benutzerdefinierten Liste einfügen, andere Einschränkungen auswählen und auf Suchen klicken. 2015 OQ21, 2007 CT26, 2004 KG1, 2014 WZ365, 2000 HB24 scheinen in ziemlich ähnlichen Umlaufbahnen zu sein.
Hyperbolisches Rendezvous wurde in einigen Artikeln in JGCD untersucht: DOI 10.2514/1.62477 , 10.2514/1.30071 ; Dynamik und Kontrolle: DOI 10.1007/bf02169490 .
Auch dieses Papier: Penzo, PA, Nock, KT, „Hyperbolic Rendezvous for Earth-MarsCycler Missions“, AAS Paper 02-162, 2002.
Alle Papiere legen das Rendezvous (und Andocken) in den Post-Periapsis-Zweig, was verständlich ist, da Sie dann keine unnötige Doppelarbeit leisten (erst Beschleunigung zum Körper hin und dann Geschwindigkeitsanpassung).
Wie würden wir die effizienteste Delva-v-Lösung finden? Interessieren Sie sich für die passende Geschwindigkeit, wenn Sie abfangen? Die echte Antwort wäre, dass Sie ein Computerprogramm verwenden würden, das wahrscheinlich das Delta-V berechnet, das jede Sekunde während des Vorbeiflugs erforderlich ist, und sie dann einordnet. Sie würden dann die Ergebnisse durch einige Filter leiten, um Situationen mit unerwünschten Anforderungen auszuschließen (z. B. nicht im Erdschatten abfangen möchten).
@ThePlanMan - das neueste JGCD- Papier von drei chinesischen Professoren tut genau das für einen Zwei-Impuls-Transfer. Die andere von 2007 berücksichtigt endliche Brenndauer (+1% Delta-V) mit einem bodengestützten "Weltraumtaxi". Sie können im Schatten andocken (unterstützt durch Radar oder IR oder was auch immer für Sensoren Sie haben) - es ist immer noch wünschenswert, in Sichtweite der Bodenkontrolle zu sein, um Fehler mit geringerer Geschwindigkeit zu erzielen. Die Mathematik ist ziemlich einfach, sobald Sie eine Integrationsroutine und einen Nussknacker für die multivariate Optimierung haben.
@ThePlanMan - und ja, wir versuchen immer, das gesamte Delta-V zu minimieren (zusammen mit der Vel-Matching-Verbrennung und der gesamten Anflugsequenz). Es gibt auch andere Beschränkungen – ein zu großer Geschwindigkeitsdifferenzvektor für die Endverbrennung (z. B. nach einer elliptischen Übertragung) ist im Fall einer Fehlfunktion des Haupttriebwerks ziemlich unversöhnlich.
@Deerhunter Ich denke, wenn Sie die Iterationen ausführen möchten, wären die Gaußschen Variationsgleichungen in Verbindung mit Ihren Motorbeschränkungen ein guter Ausgangspunkt. Bei starker Impulsverbrennung kann der Energieverlust aufgrund der begrenzten Brenndauer sehr hoch sein (weit mehr als 1 %, abhängig von der Brenndauer).

Antworten (1)

Der Vorbeiflug wäre wahrscheinlich nicht die beste Zeit zum Abfangen (sofern nicht bemannt). Normalerweise ist der Punkt, an dem das Objekt am weitesten von der Sonne entfernt ist, der Schlüsselpunkt zum Abfangen. Insbesondere eine Hohmann-Transferbahn. Wenn das Objekt eine besonders starke Neigung hat, könnte es natürlich hilfreich sein, in der Nähe der Erde abzufangen. Natürlich funktioniert für diese ein Vorbeiflug an der Erde tatsächlich besser, um die Neigung an einen geeigneten Anflugvektor für den Asteroiden anzupassen.

Für eine bemannte Mission würden Sie so etwas wie den KSP-Pfad machen. Der optimale Punkt wäre wahrscheinlich der Punkt der engsten Annäherung. Sie würden eine Umlaufbahn so einrichten, dass Sie sich in dieselbe Richtung (aber nicht mit derselben Geschwindigkeit) wie der Asteroid bewegen, und dann in der Nähe des Punkts der größten Annäherung beschleunigen, um den Asteroiden abzufangen. Das ist übrigens genau die optimale KSP-Mission.

Vom Kerbal Space-Programm aus ist es viel einfacher, in der Nähe abzufangen, da es ziemlich schwierig ist, ein Manöver für eine so lange Zeit im Voraus zu planen.

Was das wirkliche Leben betrifft, so ist mir am nächsten die Osiris-Rex- Mission, die einen Sender auf einem Asteroiden platzieren wird, der dazu bestimmt ist, in etwa 200 Jahren nahe an der Erde vorbeizufliegen.

Fernabfangen von der Erde/K. ist aufgrund realer ECLSS-Einschränkungen nicht akzeptabel. Es ist zu viel Sauerstoff usw. erforderlich, und die Bodenkontrolle ist zu weit entfernt, um bei der Reduzierung von Navigationsfehlern zu helfen. Ein Parkorbit, ein hyperbolischer (oder elliptischer) Transfer, geschwindigkeitsanpassender Start, Anflug- und Andocksequenz ... Und ja, das ist eine aufregende Reihe von Manövern.
Es stimmt, eine bemannte Mission würde wahrscheinlich einen engen Abfang durchführen, aber ich sehe in der Anfrage nichts Spezifisches für bemannte Missionen. Trotzdem werde ich entsprechend bearbeiten.
Es ist auch interessant, etwas über den wahrscheinlicheren Fall aus der realen Welt zu erfahren; Es hört sich so an, als wäre das im Grunde die gleiche Idee wie eine Übertragung auf einen anderen Planeten (dh ein anderer Körper, der ebenfalls die Sonne umkreist).
Es ist genau das (außer dass sich die meisten Planeten im Wesentlichen in derselben Ebene befinden, was sie einfacher macht als Asteroiden, die sich oft in verschiedenen Ebenen befinden).
Ein Objekt im Vorbeiflug an der Erde abfangen?
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