Frachtlieferung von der ISS nach Tiangong

Stellen Sie sich vor, ich habe ein 10-kg-Objekt, das ich von der ISS zur Station Tiangong-1 liefern möchte. Das Objekt kann nicht durch das Land gehen und erneut radeln.

Kann eines der heutigen Raumschiffe die Lieferung für mich übernehmen?

Ich bin damit einverstanden, wenn möglich auf der ISS aufzutanken, EVA, falls erforderlich, alternative Andocksysteme zu installieren und andere "Routinearbeiten".

BEARBEITEN:

Hier sind einige Informationen in Bezug auf die Umlaufbahn von jedem:

  • Tiangong-1 Neigung 42,78, Umlaufbahn 343 x 350 km.
  • ISS - Neigung 51,65, Umlaufbahn 413 x 418 km
Muss T-1 nach Eintreffen der 10-kg-Lieferung unversehrt bleiben?
Ich würde ja sagen. Projektile ist eine andere Geschichte.

Antworten (1)

Okay, nehmen wir zunächst an, dass die beiden Raumstationen richtig ausgerichtet sind. Wie oft kommt das vor? Das Wichtigste ist, dass jeder Satellit aufgrund der sogenannten Knotenpräzession jeden Tag nach Westen driftet . Wikipedia gibt uns eine ungefähre Formel:

  • ω p = − 3 2 R E 2 ( a ( 1 − e 2 ) ) 2 J 2 ω cos ⁡ ich

Das gibt jedem von ihnen einen Präzessionswert von (Using Heaven's Above values):

Somit betragen die relativen Unterschiede 1,06978147735 Grad. Somit können Sie die Minimallösung alle 336 Tage einmal verwenden.

Okay, sie stellen sich also richtig auf, was machst du jetzt? Ich habe keinen Zugang zu einem Simulator, also werde ich das in zwei Teile aufteilen, die Neigungsänderung und das Anheben der Umlaufbahn. In Wirklichkeit würden diese zusammen mit einem verbesserten Ergebnis durchgeführt werden, aber es sollte Ihnen eine Vorstellung geben.

Nun, nehmen wir an, dass die Änderung der Exzentrizität im Orbit der ISS stattfindet, da Exzentrizitätsänderungen in höheren Umlaufbahnen effektiver sind. Nehmen wir außerdem eine maximale Effizienzübertragung an. Beginnen wir mit dem schwierigeren der beiden, dem Neigungswechsel . Ich werde die vereinfachte Formel für kreisförmige Umlaufbahnen verwenden, da die Umlaufbahn fast so ist. Somit ist es:

Δ v ich = 2 v Sünde ⁡ ( Δ ich 2 )

Damit beträgt das Delta v 1,084 km/s. Ebenso können wir das Delta V berechnen, um die Umlaufbahn entsprechend anzuheben oder abzusenken. Der schnelle Weg besteht darin, die doppelte Änderung der Umlaufgeschwindigkeit anzunehmen (einmal zum Anheben des Apogäums, einmal zum Anheben des Perigäums). Mit diesem Rechner finde ich, dass die ISS-Geschwindigkeit 7662,5112 m/s beträgt und Tiangong 7694,277. Somit ist eine Geschwindigkeitsänderung von nur etwa 70 m/s erforderlich, um die Umlaufbahn so anzuheben.

Fazit ist, dass die Hauptanforderung zum Anheben der Umlaufbahn die Neigungsänderung ist. Ich bin zuversichtlich, dass ein Delta v von 1,2 km / s ausreichen würde, um die Änderung vorzunehmen, wenn Sie dies zum richtigen Zeitpunkt der Umlaufbahn tun. Dies ist weniger als das Delta v, um zum Mond zu gelangen, daher gibt es viele Raketen, die die Änderung bewältigen können.

Der Gesamtimpuls, der erforderlich ist, um das hypothetische 10-kg-Objekt zwischen den Stationen zu bewegen, beträgt 12 kN*s. Hydrazin, ein weit verbreiteter Treibstoff für Orbitzwecke, hat einen ISP von etwa 220. Wenn man die Masse für Treibstoff und Motor wegnimmt, beträgt das Hydrazin, das für ein solches Manöver benötigt wird, nur 5 kg. Praktisch jeder vernünftig dimensionierte Raumfahrzeugmotor hat so viel Manövrierfähigkeit.

Es gibt jedoch auch die zusätzliche Komplexität, es genau richtig zu machen, wie es bei einem Rendezvous erforderlich ist. Am besten wäre so etwas wie die Dragon-Kapsel, modifiziert, um sicherzustellen, dass sie genug Treibstoff hat. Jedes der derzeit für die ISS -Versorgung verwendeten Raumfahrzeuge könnte dies tun, möglicherweise mit geringfügigen Modifikationen, um die Treibstoffladung zu erhöhen. Darüber hinaus haben die Space-Shuttle-, Sojus- und Apollo-Missionen bei ausreichendem Treibstoff eine solche Kapazität bewiesen, obwohl die ersten beiden wahrscheinlich mehr Treibstoff benötigen würden, als für eine bemannte Mission normalerweise erforderlich ist, sie könnten modifiziert werden, um mehr Treibstoff zu haben und unbemannt zu laufen es möglich machen.

Es sieht aus wie die erste Hälfte der Antwort. Ich frage mehr nach den tatsächlich existierenden Raumfahrzeugen, die in der Lage sind, die Lieferung durchzuführen, nicht "ist dies auf dem derzeitigen Stand der Technik möglich". Wie viele von allen Raketen, die in der Lage sind, das erforderliche Delta-V zu produzieren, können sicher zur ISS kommen, um meine Fracht abzuholen? Sie müssen sich beispielsweise auf der ISS und in Tiangong treffen und die Orientierung wahren. Wie viele von allen aktuellen Raumfahrzeugen, die zu aktivem Rendezvous fähig sind, können das erforderliche Delta-V erzeugen? Apollo CSM könnte wahrscheinlich die Arbeit erledigen, aber es ist kein modernes Raumschiff.
Das können viele, besonders bei einer Masse von nur 10 kg. Der schwierige Teil besteht darin, herauszufinden, was die Delta-V-Anforderung ist, welche Raketen erfüllt werden können, was lediglich das Nachschlagen ihrer Spezifikationen erfordert. Aber einfach gesagt, jede Rakete, die einen zu jedem Objekt jenseits der Erdumlaufbahn bringen kann, und wahrscheinlich auch jede, die GEO erreichen kann, hat die Macht, die Umlaufbahn zu ändern.
Ja, so ziemlich alles würde funktionieren, solange Sie den Treibstoff haben. Dies ist viel weniger als der Treibstoff, um von GTO zu GSO zu gelangen, etwa 10% des Delta v, um in die Umlaufbahn zu starten. Jede Oberstufenrakete würde gut funktionieren, und viele Satelliten haben stationäre Raketen, die auch gut funktionieren würden. Die Lebensdauer mag etwas schwierig sein und die Anzahl der Male, die die Rakete neu abgefeuert werden kann, aber es ist keine schwierige Aufgabe, soweit es um Raketen geht.
Diese 5-kg-Stützenmassenzahl ist ... sehr irreführend. Wenn Sie beispielsweise die Trockenmasse des Ganzen (einschließlich Ihres Pakets) auf lächerlich niedrige 100 kg setzen, benötigen Sie etwa 75 kg Hydrazin (aus der Raketengleichung). Ich bezweifle zwar nicht, dass dies mit einer Oberstufe möglich ist, aber es ist nicht einfach.
Ich gebe zu, es ist ein bisschen irreführend, 5 kg Hydrazin zu sagen, aber selbst bei 75 kg ist es immer noch ein ziemlich einfaches System. Sie sollten nur einen kleinen Tank, Motor, Computer, Strom und eine Stützstruktur benötigen. Ich denke, nur 10 kg wären dafür tatsächlich möglich, 100 sind weit übertrieben. Die Oberstufe müsste mindestens zweimal nach Erreichen der Anfangsbahn gezündet werden können, aber das ist nicht so schwierig. 1,2 km/s ist eine beträchtliche Menge an Delta V, aber es gibt Dutzende von Raketensystemen, die diese Fähigkeit erfüllen.
Ich vermute, wenn Sie die Zahlen tatsächlich mit einem vorhandenen Raumschiff messen, wird es näher sein, als Sie denken. Das ist aber eher eine Vermutung, gebe ich zu.
@Chris: Jedes System, das in der Lage ist, von GTO zu GSO zu wechseln, einen anderen Planeten oder den Mond zu umkreisen, die Schwerkraft der Erde gut zu verlassen oder GSO 25 Jahre lang aufrechtzuerhalten, würde sich mindestens qualifizieren. Gezogen mit Hilfe von en.wikipedia.org/wiki/Delta-v_budget
@PearsonArtPhoto: nur zur Verdeutlichung. Jedes der GTO-zu-GSO-fähigen oder interplanetarfähigen usw. Systeme ist in der Lage, den kontrollierten Präzisionsanflug innerhalb von ... (was ist die Canadarm-Länge?) 15-Meter-Genauigkeit durchzuführen?
@horsh: Nein, sie erfüllen jedoch die Delta-V-Anforderungen. Ich habe das nicht unter dem Gesichtspunkt der Präzision betrachtet, aber das wäre nur ein bisschen mehr Masse für das Fahrzeug, das ist alles.
Das bringt uns zurück zur Frage der vorhandenen Raumfahrzeuge, die in der Lage sind, die Lieferung durchzuführen. Während wir sehen, dass solche Raumfahrzeuge technisch leicht unter Verwendung vieler bestehender Antriebssysteme konstruiert werden können, ist es nicht offensichtlich, dass derzeit eines existiert, das in der Lage ist, die Liefermission durchzuführen.
@horsh: Bis zu einem gewissen Grad ist jedes Raumschiff für seinen Zweck maßgeschneidert. Alle Teile sind sicherlich vorhanden, es geht nur darum, sie alle zusammenzusetzen.
@PearsonArtPhoto: naja, ja... es wird noch unschärfer, sobald wir anfangen, die bestehenden Systeme zu erweitern. Fügen Sie einem Progress-Raumschiff weitere 1000 kg Treibstoff hinzu und finden Sie heraus, dass es keine Sojus-Trägerrakete mehr verwenden kann. Ich hoffe immer noch, dass es einige hochpräzise Satellitenbusse gibt.
"Wenn man die Masse für Treibstoff und Motor wegnimmt, beträgt das Hydrazin, das für ein solches Manöver benötigt wird, nur 5 kg." Das ist das Problem, Sie können Motor und Kraftstoffmasse nicht wegnehmen :)
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