Orbitales Rendezvous mit Low-Thrust-Triebwerken?

Der Hohmann-Transfer ist eindeutig genug; Beschleunigen Sie zum richtigen Zeitpunkt auf Ihrer (kreisförmigen) Umlaufbahn und heben Sie die Apoapsis an, bis sie die Zielumlaufbahn erreicht. Sobald Sie dort angekommen sind, brennen Sie erneut, um die Periapsis zu erhöhen - passend zur Zielumlaufbahn und damit zur Geschwindigkeit Ihres Ziels. Wenn Sie den richtigen Moment gewählt haben, sind Sie dem Ziel wirklich nahe und bereit für den endgültigen Anflug und Annäherungsoperationen. Der einzige wirklich knifflige Teil besteht darin, den richtigen Moment zum Starten zu finden, damit das Ziel in dem Moment, in dem Sie an Ihrer neuen Periapsis sind, auch da ist.

Nun, wie wird der Orbitaltransfer durchgeführt, wenn das Anheben der Apoapsis nicht einfach in einem kurzen, sauberen Brennen durchgeführt werden kann? Angenommen, Sie verwenden ein Ionentriebwerk, das zwei Stunden benötigt, um das für die Hohmann-Transferumlaufbahn erforderliche Delta-V zu erzeugen, und Ihre gesamte Umlaufzeit beträgt derzeit vierzig Minuten?

Antworten (1)

Sie können die Umlaufbahn ändern, indem Sie sich langsam spiralförmig herausdrehen, aber dann ist es kein Hohmann-Transfer mehr. Im Extremfall mit sehr geringem Schub bedeutet dies, dass Ihre Umlaufbahn zu jeder Zeit nahezu kreisförmig ist. Sie verbrennen auch mehr Delta-V als mit der Hohmann-Übertragung, da Sie im Durchschnitt Orbitalenergie hinzufügen, während Ihre Geschwindigkeit niedriger ist.

Wikipedia hat folgendes zu sagen:

Es kann gezeigt werden, dass der Übergang von einer kreisförmigen Umlaufbahn zur anderen durch allmähliche Änderung des Radius ein Delta-v kostet, das einfach dem absoluten Wert der Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten entspricht ....

Ein solches Manöver mit niedrigem Schub erfordert mehr Delta-V als ein Hohmann-Übertragungsmanöver mit zwei Verbrennungen, was mehr Kraftstoff für eine bestimmte Motorkonstruktion erfordert. Wenn jedoch bei einer Mission nur Manöver mit niedrigem Schub erforderlich sind, kann das kontinuierliche Abfeuern eines Motors mit niedrigem Schub, aber sehr hohem Wirkungsgrad (hohe effektive Abgasgeschwindigkeit) dieses höhere Delta-V mit weniger Treibmittelmasse als ein Motor mit hohem Schub erzeugen Motor mit einem ansonsten effizienteren Hohmann-Transfermanöver.

Eine Transferbahn mit elektrischem Antrieb oder Triebwerken mit niedrigem Schub optimiert die Transferzeit, um die endgültige Umlaufbahn zu erreichen, und nicht das Delta-V wie bei der Hohmann-Transferbahn. Für eine geostationäre Umlaufbahn wird die anfängliche Umlaufbahn als supersynchron eingestellt, und durch kontinuierliches Vorschieben in Richtung der Geschwindigkeit am Apogäum verwandelt sich die Transferbahn in eine kreisförmige geosynchrone Umlaufbahn. Diese Methode dauert jedoch aufgrund des geringen Schubs, der in die Umlaufbahn eingebracht wird, viel länger.

Ich habe mich über mehrere Beschleunigungen in der Nähe der Periapsis gewundert. Es würde viel Zeit in Anspruch nehmen, da die Verlängerung der Umlaufzeit zunimmt, und die Berechnung des richtigen Zeitpunkts für ein Rendezvous wäre ein Albtraum, aber es sollte machbar sein.
Das Beschleunigen nur bei Periapsis sollte eine ähnliche Delta-V-Anforderung an einen Hohmann-Transfer stellen, da Energie mit der gleichen Geschwindigkeit hinzugefügt wird, aber was die Zeitberechnung betrifft, haben Sie die Grenze meines (hauptsächlich vom Kerbal Space Program abgeleiteten) Wissens erreicht. Ich nehme an, dass für Fracht, für die Delta-V selbst für einen Motor mit niedrigem Schub teuer ist, aber nicht nach einem engen Zeitplan geliefert werden muss (viele Tonnen Platinerz, die von einem Asteroiden abgebaut werden?), Periapsis-Kicks das optimale Manöver sein könnten .
Diese Antwort geht überhaupt nicht auf das Problem des Rendezvous ein, das der Hauptteil der Frage zu sein scheint.
Chris, das ist ein guter Punkt. Ich nahm an, dass es sich um einen Orbitaltransfer handelte, basierend auf "Nun, wie wird der Orbitaltransfer durchgeführt, wenn das Anheben der Apoapsis nicht in einem kurzen, sauberen Brennen durchgeführt werden kann?" aber ich werde versuchen, diese Antwort zu erweitern, um Unterschiede in den Rendevous-Techniken einzubeziehen.
Orbitales Rendezvous mit Low-Thrust-Triebwerken?
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