Manövrierfähigkeit des geosynchronen Raumschiffs

In Ordnung, dies ist eine Bearbeitung meiner vorherigen Frage als Antwort auf eine Reihe von Aufforderungen, sie zu klären. Ich werde mein Bestes tun, um klar und prägnant zu sein.

Wie lange würde ein Raumschiff, das sich in einer geostationären Umlaufbahn über einem festen Punkt auf der Erdoberfläche befindet, brauchen, um aus der Umlaufbahn zur Oberfläche abzusteigen? Ich bin auch neugierig, wie lange es dauern würde, bis das Raumschiff wieder in die Umlaufbahn eintreten würde, das heißt, um zu der exakten geostationären Position zurückzukehren, die es zuvor verlassen hatte.

Ich spreche natürlich in Bezug auf die Technologie, die wir heute haben, aber wenn diese Art von Manöver mit moderner Technologie nicht möglich ist, lassen Sie mich bitte wissen, warum und was erforderlich wäre, um es durchzuziehen.

Also noch einmal: Ist es möglich, ein Raumschiff, das die Erde umkreist, oder einen erdähnlichen Planeten in und aus der geostationären Umlaufbahn zu bewegen, und wenn ja, wie lange würde es dauern?

-C

Ich bin mir nicht sicher, ob ich es verstehe, wie kann es sowohl in einer geosynchronen Umlaufbahn sein als auch auf die Oberfläche abgesenkt werden? Oder meinst du, es verwendet eine Art Aufzugssystem, um einen Teil davon nach unten zu bringen?
Frage ist unklar : Ich möchte Sie bitten, Ihre Frage genauer zu stellen. Kehrt dieser Satellit bei jedem erneuten Eintritt in die Umlaufbahn in die gleiche Position über dem Planeten zurück? Oder geht es nur zurück in die geostationäre Umlaufbahn? Die zweite Situation ist durchaus machbar, wenn auch unpraktisch aufgrund der damit verbundenen Zeit, des Treibstoffs und des präzisen Manövrierens. Denken Sie daran, dass die geosynchrone Umlaufbahn eine sehr spezifische Umlaufbahnhöhe ist, die für verschiedene Werte von g unterschiedlich ist . Bearbeiten: Mir ist bewusst, dass dies nicht wirklich eine Antwort ist, aber mein Konto ist ziemlich neu und hat nicht den Ruf
Hängt natürlich davon ab, welche Motoren / Kraftstoff / Energiequelle das Schiff hat ... Hat es Trekkish-Impulsmotoren? Schwerkrafträder? Langweilige gewöhnliche chemische Raketentriebwerke? Gibt es eine günstig gelegene Tankstelle an der Oberfläche?
kannst du klarstellen, was du fragst? So wie es jetzt ist, klingt Ihre Frage nach "kann ich mich im Stand bewegen?", was bestenfalls unklar ist.
Es wäre auch hilfreich, die Abmessungen und Masse des Satelliten sowie seinen Zweck zu kennen. Was letzteres betrifft, so habe ich das Gefühl, dass die Mission lediglich darin besteht, etwas Material einer Weltraumumgebung auszusetzen, bevor es auf der Oberfläche verwendet wird. Wenn dies der Fall ist, ist eine geostationäre Umlaufbahn möglicherweise weder eine Voraussetzung noch der effizienteste Weg, um die Mission zu erfüllen. Tatsächlich wäre die Verwendung eines integrierten wiederverwendbaren Startprogramms nicht erforderlich. Schließlich wäre es etwas, was wir mit der heutigen Technologie tun könnten, sodass wir zumindest versuchen könnten, eine Antwort zu geben.
Lassen Sie mich klarstellen: Der Satellit befindet sich normalerweise in einer geosynchronen Umlaufbahn, das heißt, er befindet sich in einer geosynchronen Umlaufbahn, wenn er nicht anderweitig verwendet wird. Aber wenn es für etwas an der Oberfläche verwendet werden muss, wird es aus dem Orbit an die Oberfläche gebracht. Wenn die Mission abgeschlossen ist, kehrt es in die geostationäre Umlaufbahn zurück. Ich frage mich nur, ob dieses System machbar ist.
Wenn es keinen besonderen Grund gibt, sich in einer geosynchronen Umlaufbahn (GEO) zu befinden, und Sie sich Sorgen über die Zeit machen, die es dauert, um zur Erde zurückzukehren, können Sie das Fahrzeug einfach in eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) fliegen. Es ist viel schneller, da es nicht so weit reisen muss (nur 160 bis 2000 km für LEO gegenüber fast 36000 km für GEO).
Sazanami, würde es einen höheren Kraftstoffbedarf geben, um ein LEO gegenüber einem GEO zu warten, oder wäre es ungefähr gleich? Mit anderen Worten, würde die Schwerkraft aufgrund einer niedrigeren Umlaufbahn bestimmte Kurskorrekturen erfordern?
Ja, in niedrigeren Umlaufbahnen ist die Atmosphäre dichter, was bedeutet, dass es mehr Reibung gibt. Wenn Sie also die Höhe des Fahrzeugs konstant halten wollen, müssen Sie Korrekturen mit z. B. Triebwerken vornehmen. Wenn Sie jedoch keine bestimmte Mission haben, können Sie den Zerfall der Umlaufbahn einfach seinen Lauf nehmen lassen. Das einzige, worüber Sie sich Sorgen machen müssen, ist, dass die Zeit zwischen den Landungen kürzer ist als die Zeit, die das Fahrzeug benötigt, um auf natürliche Weise wieder einzutreten (bei 600 km sprechen wir von Jahren). Außerdem sparen Sie im Laufe der Mission Kraftstoff, da die Wartung weniger anspruchsvoll ist als die geplanten Wiedereintrittsmanöver.
Ok, nicht heruntergestimmt, denn jetzt sieht es so aus, als hättest du eine anständige Menge an Gedanken hineingesteckt.

Antworten (2)

Ja, es wäre möglich, aber unerschwinglich schwierig (unter der Annahme eines erdähnlichen Planeten) und es könnte nicht einmal mit moderner Technologie möglich sein.

Es gibt nichts an der geostationären Umlaufbahn, das sie diesbezüglich von anderen Umlaufbahnen unterscheidet (mit Ausnahme der höheren Delta-V-Anforderungen, um zurückzukehren als bei einer niedrigen Umlaufbahn). Ihr Satellit würde einfach rückläufig brennen, bis sein Perigäum niedrig genug ist, dann fällt er einfach wieder auf die Erde und landet.

Von dort aus tut der Satellit, was er tut, und kehrt in seine Umlaufbahn zurück. Wenn es Ihnen wichtig ist, bei der Rückkehr über der gleichen Stelle zu sein, dann brennen Sie in eine niedrigere Umlaufbahn und erhöhen Sie dann Ihre Umlaufbahn, damit Sie über der richtigen Stelle landen. Andernfalls können Sie direkt in den geostationären Orbit starten.

Das Schwierige daran ist, dass Sie im Grunde etwas von der Größe einer typischen Trägerrakete landen und landen müssen, wofür die meisten dieser Fahrzeuge einen ebenen Boden und eine spezielle Infrastruktur benötigen und so viel Treibstoff pro Start benötigen (vorausgesetzt moderne oder zukunftsweisende Technologie), plus extra, um wieder auf der Oberfläche landen zu können (falls erforderlich). Wenn Sie Sci-Fi-Technologie wie in Star Wars, Star Trek oder anderen ähnlichen Sci-Fi-Werken verwenden, ist dies viel praktischer.

Es wäre wahrscheinlich möglich, aber es wäre höchstwahrscheinlich die Mühe nicht wert (vielleicht lassen Sie den Satelliten im Orbit und fliegen Sie ein Flugzeug über den Ort, an dem er landen wollte, damit Sie tun können, was er tun würde).

Was die Zeit betrifft, sagt https://space.stackexchange.com/questions/2914/how-long-does-it-take-for-a-satellite-to-reach-geo , dass es mindestens 5 dauern würde Stunden 15 Minuten, um in die geostationäre Umlaufbahn zu starten, und das Gegenteil wäre höchstwahrscheinlich ähnlich in der Zeitskala, aber es könnte mehr Zeit brauchen, um eine Kurskorrektur vorzunehmen, damit es über der richtigen Stelle landet. Erwarten Sie insgesamt ungefähr eine zusätzliche Stunde (ungefähre Mathematik, zitieren Sie mich dazu nicht) für die Landung und bis zu einer weiteren zusätzlichen Stunde beim Start, wenn es Ihnen wichtig ist, wo Sie landen.

Danke. Ich weiß, das ist eine etwas heikle Frage, weshalb ich einfach mehr Informationen dazu brauchte. Es war besonders hilfreich, die ungefähre Zeit zu kennen, die erforderlich ist, um so etwas durchzuziehen.

Ich nehme an, Sie denken an eine geostationäre Umlaufbahn. (geosynchrone Umlaufbahn über dem Äquator, etwas davon bleibt immer über der gleichen Stelle.)

[Ich bin mit Mathjax nicht vertraut, bearbeitet von jemandem, der geschätzt wird.]

Geostationäre Umlaufbahnen erfüllen diese Gleichung:

(2*pi/T) 2 R = G M / R 2 (wobei R der Radius der Umlaufbahn, T die Sternenperiode, G die Gravitationskonstante und M die Masse des Planeten ist.)

Sie erhalten den Radius als:

R = 3. Wurzel ( GM / (2*pi/T) 2 ) Das ergibt im Fall der Erde 42.267 Kilometer, die Summe aus den berühmten 35.786 und dem Erdradius.

Die Umlaufgeschwindigkeit: v = (2*pi/T)*R, etwa 3074 m/s von der Erde.

Die niedrigste deltaV-Umlaufbahn von hier aus, die die Planetenoberfläche berührt, hat eine Periapsis auf Meereshöhe und eine Apoapsis bei 42.267 km. (Eine Art Hohmann-Transfer in die Erdumlaufbahn.)

Eine solche Umlaufbahn hätte eine Bahngeschwindigkeit an der Apoapsis von v1 = sqrt(GM ( 2/R - 2/(r+R) ) )

(wobei r der Radius des Planeten und R der geostationäre Radius wie oben ist.) Für die Erde sind es 1571 m/s. Um die Umlaufbahn zu verlassen, müssen Sie Ihre Geschwindigkeit um v-v1 verringern

Also braucht man erstmal 1500 m/s deltaV.

Die Zeit bis zur Periapsis beträgt t = pi*sqrt( ( (r+R)/2) 3 / (GM) )

Es würde 18874 s dauern, um auf der Erde zu landen.

Aber auf Periapsis hätten Sie eine Umlaufgeschwindigkeit von v2 = sqrt(GM ( 2/r - 2/(r+R) ) )

Der Boden bewegt sich nur mit (2*pi/T)*r, also musst du die Differenz zum Landen abbremsen. (anstelle eines Hypervelocity-Crashs.)

Im Fall der Erde würden Sie 9940 m / s zusätzliches deltaV für die Landung benötigen.

Das ist ziemlich viel. Aber wenn der Planet eine geeignete Atmosphäre hat, könnten Sie Aerobremsen und Fallschirme verwenden, um das meiste aus der Verzögerung zu machen.

Unter Verwendung dieser Formeln kann man das deorbitierende dV für jeden Himmelskörper berechnen.

Der Aufstieg würde im Idealfall die gleiche Zeit und dV dauern. Da jedoch der atmosphärische und der Schwerkraftwiderstand im Fall des Abhebens gegen Sie arbeiten, ist ein Spielraum von einigen tausend m / s erforderlich. (Abhängig von der Größe des Planeten und der Dicke der Atmosphäre.)

Wir brauchen 11 Stunden für eine minimale dV-Landung und zurück auf GEO.

Ein Raumfahrzeug mit chemischen Motoren, um dies auf der Erde zu erreichen, hätte ein Massenverhältnis von ungefähr 10. Dies ist unmöglich hoch für ein kompaktes, eintrittsfähiges, nicht gestuftes Raumfahrzeug.

Wenn wir Motoren mit einem besseren spezifischen Impuls und AUCH einem anständigen Schub-Gewichts-Verhältnis und der Fähigkeit hätten, effizient in der Atmosphäre zu arbeiten (sagen wir 50.000 m / s Abgasgeschwindigkeit und 20.000 N Schub), könnten wir es schaffen. Aber so ein Ding braucht 0,5 GW Schubkraft und wird damit zu einem wuchtigen Fusionsantrieb mit großen Wärmestrahlern.

Meine beste Idee (für eine futuristische, aber physikalisch plausible Lösung) wäre ein Antimaterie-Staustrahl / eine Rakete mit festem Kern. Es würde Luft als Reaktionsmasse während des Abhebens (und auch als Kühlmittel) verwenden und, sobald die Umlaufbahn erreicht ist, einen GEO-Transfer durch einen elektromagnetischen Antrieb mit niedrigem Schub und hohem Wirkungsgrad durchführen.

Wenn der Antrieb übertrieben genug ist, können Sie auch mit kontinuierlichem Schub übertragen, was die benötigte Zeit verkürzt, aber den Kraftstoffverbrauch erhöht.

Natürlich gibt es keine Möglichkeit, während des Auf-/Abstiegs die Synchronität aufrechtzuerhalten, aber wenn Sie genügend Zeit zum Warten oder einen starken kontinuierlichen Schubantrieb haben, können Sie es schaffen, an derselben Stelle zu landen, an der Sie zuvor umkreist wurden.

11 Stunden ist die Grundzeit, ohne Wartezeit (für die Landung auf der gleichen Stelle oder die Rückkehr auf die gleiche GEO-Position), aber minimale dV elliptische Flugbahn. Wenn Ihr Motor sehr effizient ist, kann er stark reduziert werden.

Alle Entfernungen in Metern und alle Zeiten in Sekunden. Wenn ich mich verrechnet habe (es ist spät), lass es mich wissen.

Es scheint mir vernünftig zu sein, b.Lorenz (möglicherweise, weil das meiste davon mir ein Rätsel ist). Eine Frage jedoch; Würde die 11-Stunden-Zeitskala für Auf- und Abstieg gleich bleiben, selbst wenn das Schiff Ihr Vollkern-Antimaterie-Staustrahl- / Raketenmodell verwenden würde, oder würde es weniger Zeit / mehr Zeit in Anspruch nehmen? Das von Ihnen erwähnte Timing stimmt mit einer der vorherigen Antworten überein, daher bin ich mir sicher, dass es unter normalen Umständen so funktionieren würde. Ich bin nur neugierig, ob es eine Möglichkeit gibt, die Zeit zu verkürzen, die zum Ein- und Ausfahren des Satelliten erforderlich ist GEO/LEO (insbesondere aus GEO/LEO heraus und hinunter zur Oberfläche des Planeten).
@CS Wright Ja, wenn der Antrieb stark und effizient genug ist, können Sie die Fahrzeit erheblich verkürzen, jedoch auf Kosten des Verbrauchs von mehr dV. Ein Gravitic Handwavium-Antrieb beispielsweise, der externe Gravitationseffekte aufhebt und eine konstante Beschleunigung von 1 g bietet, kann dies in 4100 Sekunden tun
Sind das 4100 Sekunden pro Strecke (dh aus dem Orbit/in den Orbit) oder hin und zurück?
@CS Wright Jedenfalls. Dies ist jedoch nur eine sehr einfache Annäherung an einen sehr unrealistischen Antrieb. Beschleunigung nach oben für 1800 s mit 1 g, dann Verlangsamung mit 1 g und 300 s zum Aufbau einer Umlaufgeschwindigkeit von 3000 m / s
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