Helfen Sie bei der Auswahl eines Gravitationsunterstützungsszenarios für dieses Problem

Das unten angegebene Problem stammt von einer Aufgabe, die mir gegeben wurde. Mein erster Ansatz bestand darin, einen direkten Hohmann-Transfer zu Saturn durchzuführen. Dieser Ansatz verstieß gegen die Brennstoffbeschränkungen und wurde daher als ungeeignet für eine Lösung angesehen.

Also habe ich überlegt, einen Schwerkraftassistenten zu verwenden. Zunächst dachte ich an Venus. Mit dem NASA Trajectory Browser erhielt ich das Startfenster am 12. März 2020 und die Ankunft auf der Venus am 2. Juli 2020, was einer 112-tägigen Übertragung entspricht. Beim Analysieren fand ich heraus, dass der Vorbeiflug um die Venus ein führender Vorbeiflug sein wird und ich wollte einen nachlaufenden Vorbeiflug.

Ich bin etwas verwirrt, was ich jetzt tun soll, da ich die Aufgabe bis zum 5. Dezember bei meinem Prof einreichen muss.

Eine Besatzung aus einem ehemaligen Piloten, drei Wissenschaftlern und zwei Robotern wird in einem Mehrzweck-Besatzungsfahrzeug (MPCV) in eine kreisförmige Umlaufbahn mit einem Radius von 8 × 104 km um die Erde mit einer Neigung von 20◦ in Bezug auf die Äquatorialebene der Erde und 0 gestartet ◦ Rektaszension des aufsteigenden Knotens. Um 00:00 UT am 1. Januar 2020 (als Startzeit der Mission, t0) hat das MPCV eine Anomalie von 30◦ (vom aufsteigenden Knoten) und hinkt Spaceship Endurance um 90◦ hinterher, was ebenfalls auf dem liegt gleiche Kreisbahn.

Die Mission der Besatzung besteht darin, sich mit Endurance zu treffen und dort einzutreten und dann zu einer Umlaufbahn mit einem Radius von 105 km um Saturn mit einer Neigung von 0◦ in Bezug auf die Ebene zu reisen, auf der die Umlaufbahn des Saturn um die Sonne liegt.

Die Zeit ist jedoch von entscheidender Bedeutung , da das ultimative Ziel der Mission darin besteht, in ein Wurmloch einzudringen, das in der Nähe der Umlaufbahn des Saturn entdeckt wurde. Um jedoch sicherzustellen, dass das Wurmloch bei der Ankunft dort ist, sollte sich die Besatzung in ihrem Ziel Cronian befinden (Saturn-)Umlaufbahn vorzugsweise innerhalb von 8 Jahren ab t0. Darüber hinaus kann die Mission aufgrund der schnellen Verringerung natürlicher oder industrieller Ressourcen aufgrund von Getreidefäule auf der Erde ein Gesamtbudget von ∆vtot = 15 km/s nicht überschreiten. Entwerfen Sie die Missionsarchitektur.

@uhoh Irgendwelche Erkenntnisse dazu?
Nun, ich denke, deine Aufgabe kommt jetzt etwas spät ;-) Ich bin kein "Missionsplaner", aber einige Leute hier sind es. Vielleicht kann ich helfen, mit einem Kopfgeld Interesse zu wecken.
Die offensichtliche Gravitationsunterstützung für die Saturn-Mission ist Jupiter. Gibt es einen Grund, das nicht zu tun?
Ich denke, Hohmann+Aerocapture in retrograde Orbit wäre der optimale Ansatz und die Neigung 180 statt 0 würde zu derselben Orbitalebene führen ... und es ist nicht so, als ob Sie ein Rendez-vous mit einem Wurmloch durchführen, Sie tauchen einfach hinein!
@SteveLinton Jupiter ist immer die beste Option! Aber ich glaube nicht, dass nur der Jupiter-Vorbeiflug die Mission erfüllen wird. Möglicherweise müssen weitere Schwerkraftunterstützungsoptionen in Betracht gezogen werden.
@SF Wie erreiche ich eine Aerocapture auf Papier? Können Sie mir eine Referenz nennen?
@Suraj: Ich habe die Referenzen nicht, aber für Ihre Zwecke setzen Sie die Flyby-Periapsis in die Atmosphäre des Saturn und behandeln die Flyby-Periapsis als "freie" retrograde Verbrennung. Delta-V wird durch viel ausgefallene Aerodynamik und genaue Vorbeiflughöhe fein abgestimmt, aber das sollte außerhalb Ihres Papierbereichs liegen. Sie sollten in eine sehr exzentrische Umlaufbahn fliegen, dann können Sie das Luftbremsen bei nachfolgendem Pe wiederholen, um die Apoapsis allmählich abzusenken, bevor Sie die Periapsis nach Bedarf anheben. Natürlich braucht das Fahrzeug eine angemessene Hitzeabschirmung und Struktur. Starship Endurance von Interstellar würde in Stücke gerissen werden.

Antworten (1)

Ich habe die Zahlen, die Sie angegeben haben, in den Trajectory Browser der NASA eingegeben . Sie empfehlen ein Datum vom 22. Februar 2019 mit einem Ankunftsdatum vom 18. März 2022 und einem Vorbeiflug an Jupiter am 16. Juni 2020. Gesamt-Delta-V-Nutzung von weniger als 10 km/s. Das Szenario finden Sie unter diesem Link .

Es gibt zweifellos Optionen, die das Szenario weiter verbessern könnten, darunter Dinge wie ein Vorbeiflug an Titan, um in die richtige Umlaufbahn zu gelangen, an der Venus vorbei zu fliegen usw., aber es scheint, als würde Sie dies mit 5 dorthin bringen, wo Sie hinwollen km/s Ersatz-Delta-v.

EDIT: Angesichts der Eröffnung des Startfensters im Jahr 2020 ist die beste Gelegenheit dann ein Start am 28. März 2020 . Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, die von einem EJS-Ansatz zwischen 4,6 und 7,5 Jahren reichen, wobei 7,3 bis 8,5 km/s Delta-V verwendet werden. Ich denke, ich persönlich würde für diesen schießen , mit 4,6 Jahren und 8,3 km/s Kraftstoffverbrauch.

Oh das ist sooo cool!
Der Flugbahn-Browser der NASA ist in der Tat ziemlich ordentlich!
@PearsonArtPhoto Aber gemäß dem Problem wird das Raumschiff erst im Januar 2020 in die Erdumlaufbahn gebracht.
Verpasste das ... Seufz. Dann soll der Vorschlag, Saturn direkt zu starten, aktualisiert werden.
Ich habe das gemacht. Ein interplanetarer Hohmann-Transfer zum Saturn unter Verwendung von Patch Conics verstößt gegen die Treibstoffbeschränkung. Der gesamte benötigte Kraftstoff würde etwa 17,72 km/s betragen
Ich zeige, dass der Treibstoff für eine direkte bis knappe Erfassung näher an 8 km / s liegt ... Muss etwas mit der spezifischen Umlaufbahn sein? Eigentlich scheint das der Schlüsselfaktor zu sein, Saturn so nahe zu umkreisen ist wirklich schwierig ... Ich schätze, einige Vorbeiflüge von Titan könnten diese Last verringern, und es ist Zeit, also ...