Erster interplanetarer Start von Kalifornien aus! Wie weit wird InSight von der Erde entfernt sein, wenn es sich von der Centaur 2nd Stage trennt?

Question

Erster interplanetarer Start von Kalifornien aus! Wie weit wird InSight von der Erde entfernt sein, wenn es sich von der Centaur 2nd Stage trennt?

Kosmos
starten
Einblick
Flugbahn
Orbital-Mechanik
Raumfahrt-Premieren

äh

Der Phys.org-Artikel Bound for Mars – Countdown to first interplanetary launch from California sagt:

In den frühen Morgenstunden des 5. Mai haben Millionen von Kaliforniern die Gelegenheit, einen Anblick zu erleben, den sie noch nie zuvor gesehen haben – den historischen ersten interplanetaren Start von Amerikas Westküste. An Bord der 57,3 Meter (189 Fuß) hohen United Launch Alliance Atlas V-Rakete wird die NASA-Raumsonde InSight sein, die für die Region Elysium Planitia auf der Nordhalbkugel des Mars bestimmt ist . Das Startfenster für die InSight-Mission am 5. Mai öffnet um 4:05 Uhr PDT (7:05 EDT, 11:05 UTC) und bleibt zwei Stunden lang geöffnet. (Betonung hinzugefügt)

[...]

Die zweistufige Trägerrakete Atlas V 401 der United Launch Alliance wird 860.200 Pfund (3,8 Millionen Newton) Schub erzeugen, wenn sie von ihrer Startrampe auf der Vandenberg Air Force Base in der Nähe von Lompoc, Kalifornien, wegsteigt. Während der ersten 17 Sekunden des Motorflugs steigt der Atlas V senkrecht über seine Startrampe. Dann wird es ein Nick- und Giermanöver beginnen, das es auf eine Flugbahn in Richtung des Südpols der Erde bringen wird.

[...]

Mach One tritt 1 Minute und 18 Sekunden nach dem Motorflug des Atlas V auf. Zu diesem Zeitpunkt wird sich das Fahrzeug in einer Höhe von etwa 30.000 Fuß (9 Kilometer) und einer Reichweite von 1 Meile (1,75 Kilometer) in der Tiefe befinden. Zwei Minuten und 36 Sekunden später wird die Atlas-Erststufe in einer Höhe von etwa 66 Meilen (106 Kilometer) und 184 Meilen (296 Kilometer) Reichweite abgeschaltet. Die zweite Stufe der Centaur (die InSight in einer 40 Fuß langen Nutzlastverkleidung trägt) trennt sich sechs Sekunden später von der jetzt toten ersten Stufe. Zehn Sekunden später startet der Motor der Centaur mit einem Schub von 22.890 Pfund (101.820 Newton), der sie und InSight 13 Minuten und 16 Sekunden nach dem Start in ihre 185 Kilometer hohe Parkbahn tragen wird. Diese Parkbahn dauert je nach Datum und Uhrzeit des Starts 59 bis 66 Minuten. Der Centaur wird dann eine Stunde und 19 Minuten nach dem Start für eine letzte Zündung erneut gezündet und InSight auf eine interplanetare Flugbahn zum Mars gebracht. Die Trennung des Raumfahrzeugs von der Centaur erfolgt etwa 93 Minuten nach dem Start für die erste Startgelegenheit am 5. Mai, da sich das Raumfahrzeug ungefähr über der Alaska-Yukon-Region befindet.

Starts aus der US-Polarumlaufbahn erfolgen aus geografischen Gründen normalerweise aus Kalifornien. Siehe Wie kommt ein Dogleg von Florida zu einer sonnensynchronen Umlaufbahn? mehr dazu.

Aber hochenergetische interplanetare Starts nutzen normalerweise den Delta-V-„Kick“ von ~0,4 km/s aus der Erdrotation, indem sie nach Osten starten.

Bearbeiten: Während ich ursprünglich gefragt hatte, warum dieser Start eine polare Parkbahn verwenden wird, ist mir jetzt aus den Antworten auf Warum plant InSight den Start von Vandenberg klar, dass die polare Umlaufbahn nur aus der Geographie folgt, und das folgt aus der Verfügbarkeit des Startplatzes und Terminplanung.

Die 59 bis 66 Minuten klingen wie eine 3/4 Umdrehung um die Erde, und dann wird die 2. Zündung des zweiten Zustands InSight und seine anderen Nutzlasten auf eine Flugbahn zum Mars bringen.

Frage: Wie lange wird der 2. Brand der 2. Stufe der Centaur dauern? Wie weit wird es (ungefähr) von der Erde entfernt sein, wenn Insight eingesetzt wird? Und wird der Centaur weitere Antriebsmanöver durchführen (entweder Haupttriebwerk oder Triebwerke), um sicherzustellen, dass er InSight oder den anderen Nutzlasten nicht bis zum Mars folgt?

unten: „InSight to Mars der NASA wird vor seinem Start am 5. Mai bei Vandenberg AFB, Kalifornien, letzten Vorbereitungen unterzogen.“ Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Antworten (2)

Erster interplanetarer Start von Kalifornien aus! Wie weit wird InSight von der Erde entfernt sein, wenn es sich von der Centaur 2nd Stage trennt?

BrendanLuke15 · Answer 1

Ich verstehe, dass ich (3 Jahre) zu spät zur Party komme, aber ich wurde kürzlich mit dieser Frage in Verbindung gebracht und dachte, ich könnte einen ziemlich genauen Weg finden, um Frage 2 von 3 zu beantworten (wie weit von der Erde entfernt bei der Trennung). Ich weiß, dass die Frage nach "ungefähr" wie weit fragt, aber ich habe viele Fragen von OP gesehen, die nach weitaus detaillierteren Informationen zu anderen Themen suchen, daher hoffe ich, dass dies geschätzt wird.

Verwendung der rekonstruierten Flugdaten: 2018 MARS INSIGHT TRAJECTORY RECONSTRUCTION AND PERFORMANCE VOM START BIS ZUR LANDUNG

Wir können die verwenden $C3 = 8.204 \frac{km^2}{s^2}$ mit dem 322,14-Sekunden-Fluchtbrand und 540,04-Sekunden-Küste zwischen dem Ende des Brands der zweiten Stufe und der Trennung des Raumfahrzeugs, um zu bestimmen, wie weit InSight bei der Trennung/dem Einsatz von der Erde entfernt war.

Um die von der zweiten Stufe bereitgestellte Beschleunigung zu modellieren, müssen Sie zuerst bestimmen, wie viel $\Delta V$ Die zweite Stufe gibt dem Raumschiff:

$V_{park}=7798 \frac {m}{s}$ (unter Verwendung von @Bob Jacobsens Antwort von 185 km Parkbahn)
$V_{PI}=11,393 \frac {m}{s}$ (unter Verwendung des C3-Wertes @ 185 km Höhe)
$\Delta V = 3596 \frac {m}{s}$ (subtrahiere die beiden)

Das Obige wurde unter der Annahme einer sofortigen Verbrennung durchgeführt (sehr nicht wahr), aber wir brauchten nur einen Vertreter $\Delta V$ Wert und die Fehler, die dies mit sich bringt, werden durch die Verteilung dieser behandelt $\Delta V$ über das Brennintervall von 322,14 Sekunden exponentiell. Für einen angenommenen konstanten Schub ist die Beschleunigung von einer Raketenstufe (die Masse verliert) exponentiell bezüglich der Zeit. Das Ziel ist es, eine Funktion zu finden, die dies erfüllt:

\int_{0}^{t_{b u r n}} a (t) d t = Δ v = 3596 \frac{m}{s}

$\int_{0}^{t_{burn}} a(t)dt = \Delta V = 3596 \frac {m}{s}$ des Formulars

a (t) = e^{\frac{t}{B}}

$a(t)=e^{\frac {t}{B}}$ (Bearbeiten: Dies ist nicht korrekt, aber eine gute Annäherung, die die Notwendigkeit detaillierter Spezifikationen der Booster-Stufe und missionsspezifischer Daten beseitigt ).

a (t)

$a(t)$ ist die Beschleunigung (in

\frac{m}{s^{2}}

$\frac {m}{s^2}$ ) der Kombination aus Oberstufe und Raumfahrzeug während des Fluchtbrandes. Ich habe einen iterativen Algorithmus verwendet, um zu finden

B = 85.6549

$B=85.6549$ für dieses Szenario.

Wir können jetzt sowohl die Brenn- als auch die Freilaufphase der Flugbahn mit einer beliebigen Flugbahnsimulation Ihrer Wahl simulieren, um die folgenden (oder annähernden) Ergebnisse zu erhalten:

Antwort: Die Trennung erfolgt in dieser Simulation in einer Höhe von 1933 km.

Am Ende der Simulation wurde der C3 neu berechnet: $C3_{sim}=8.111 \frac {km^2}{s^2}$ oder 1,14 % vom tatsächlichen C3 abweicht, was bedeutet, dass alle Fehler aus früheren Annahmen größtenteils eliminiert werden. Man könnte den Wert von weiter verfeinern $B$ den simulierten C3 zum tatsächlichen C3 zu fahren, aber ich überlasse dies als „ Übung für den Leser “.

Hey, das ist eine ausgezeichnete Antwort. Danke für das Teilen.
Vielen Dank für eine so fundierte Antwort! Ich bin außerhalb meiner Liga; was ist $B = 85.6549"$ für dieses Szenario"?
@uhoh das ist der Wert von $B$ das löst $\int_{0}^{t_{burn}} e^{\frac {t}{B}}dt = 3596 \frac {m}{s}$

Bob Jacobson · Answer 2

Die NASA -Pressemappe enthält einige Informationen. Es zeigt den 2. und letzten Centaur-Brand von Sekunde 4736,9 bis 5059,8, also insgesamt 322,9 Sekunden.

Es enthält auch einige Informationen zum Verhalten nach der Trennung:

Kurz nach der Veröffentlichung von InSight wird der Centaur ein Ausweichmanöver beginnen, bei dem er sich aus der Flugbahn des Raumfahrzeugs herausbewegt, um zu vermeiden, dass das Raumfahrzeug oder der Mars getroffen werden. Kurz nach der InSight-Trennung wird MarCO-A von seinem CubeSat-Dispenser freigesetzt, Centaur wird um 180 Grad rollen, MarCO-B wird freigesetzt und dann wird Centaur sein Ausweichmanöver abschließen.

Ich denke, das bedeutet, dass es nach dem 2. Zentaurenbrand zwei zusätzliche Manöver gibt, aber es ist nicht klar, wie groß diese sind, dh Triebwerke oder Hauptmotor.

Sie sind nicht so klar über die Höhe. Es heißt, dass "die Parkbahn in einer Höhe von 115 Meilen (185 Kilometern) nahezu kreisförmig ist", also sollte der Beginn der 2. Zündung ungefähr dort sein. Nicht sicher, was das Ende sein wird.

79 Minuten nach dem Start zündet das Triebwerk der 2. Stufe ein zweites Mal, während es sich auf einer kreisförmigen Parkbahn von 185 km befindet. 93 Minuten nach dem Start erfolgt die Trennung. Ich denke aber, das sind noch nicht genug Informationen.

Erster interplanetarer Start von Kalifornien aus! Wie weit wird InSight von der Erde entfernt sein, wenn es sich von der Centaur 2nd Stage trennt?

äh

Antworten (2)

BrendanLuke15

Benutzer39728

äh

BrendanLuke15

Bob Jacobson

äh

Warum war geplant, InSight von Vandenberg aus zu starten?

So bestimmen Sie ΔvΔv\Delta v Verlust durch Anziehungskraft von der Erde

Hilfe beim Verständnis des negativen Apogäums, das mit dem genauen Erdmittelpunkt zusammenfällt (Mars InSight-Start)

Wie findet man die optimale Startbahn für eine Rakete, die von einem Planeten mit Atmosphäre gestartet wird?

Formel im Film "Hidden Figures".

Erster interplanetarer Start von Kalifornien, warum die anfängliche polare Umlaufbahn? [Duplikat]

Finden Sie die Sprungbedingung der Massenküste eines Startfahrzeug-Aufstiegsproblems, das über eine indirekte Methode gelöst wird (Pontryagin-Minimumprinzip).

Umgehen Starts LEO?

Falcon Schwerer Weg und Antrieb zum Mars

Wohin ist das Weltraumteleskop Herschel im Jahr 2013 geflogen?