Wenn ich sowohl die Zusammenfassung als auch die Zusammenfassung in einfacher Sprache des kürzlich in der Zeitschrift Space Weather veröffentlichten Artikels Gigantic Circular Shock Acoustic Waves in the Ionosphere Triggered by the Launch of FORMOSAT-5 Satellite lese, bin ich verwirrt darüber, was genau vertikal war und wann. Die Zusammenfassung des Papiers besagt, dass es die vertikale Fluglage der Rakete während des Einsetzens in die Umlaufbahn ist!
"... und war auf die einzigartige, fast vertikale Haltung der Rakete während des Einsetzens in die Umlaufbahn zurückzuführen."
Ich habe Schwierigkeiten, wie die 2. Stufe von Falcon-9 während des Einsetzens in die Umlaufbahn eine vertikale Ausrichtung haben könnte oder hätte!
Die ungewöhnlich große Shock Acoustic Wave (SAW) im Gesamtelektronengehalt (TEC) in der Ionosphäre wird der ungewöhnlichen Vertikalität entweder der Flugbahn oder der Lage dieses speziellen Starts zugeschrieben, je nachdem, welchen Abschnitt Sie unten lesen.
FORMOSAT-5 (2017-049A) wurde von Vandenbergs Space Launch Complex 4-East gestartet und am 24. August 2017 von der Falcon-9 in eine fast kreisförmige ~720 km lange, 98,3° sonnensynchrone Umlaufbahn gebracht.
Frage: Gab es ein wissenschaftliches Ziel oder einen Grund dafür, dass dies so vertikal ist? Hat die geringe Nutzlastmasse einfach ein Plus an Flexibilität gebracht, um diese Option zu ermöglichen, oder ist dies eine direkte und vielleicht notwendige Folge der geringen Nutzlastmasse?
Zitat:
Siehe auch:
Abstrakt
Der Start der SpaceX Falcon 9-Rakete brachte Taiwans FORMOSAT-5-Satelliten am 24. August 2017 um 18:51:00 UT von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien in die Umlaufbahn. Um die Beförderung von FORMOSAT-5 auf seine Missionsbahnhöhe von ~720 zu erleichtern km machte der Falcon 9 einen steilen Anfangsanstieg. Während des Starts induzierte die Überschallrakete gigantische kreisförmige Stoßwellen (SAWs) im Gesamtelektronengehalt (TEC) über dem Westen der Vereinigten Staaten, beginnend etwa 5 Minuten nach dem Start. Die kreisförmigen SAWs strahlten mit einer Dauer von ~20 min, horizontalen Phasengeschwindigkeiten von ~629–726 m/s, horizontalen Wellenlängen von ~390–450 km und einer Periode von ~10,28 ± 1 min nach außen aus. Dies ist die größte raketeninduzierte kreisförmige SAW, die je aufgezeichnet wurde, und erstreckt sich über eine Länge von etwa 114–128° W und eine Breite von 26–39° N (~ 1.500 km Durchmesser).und war auf die einzigartige, fast vertikale Haltung der Rakete während des Einsetzens in die Umlaufbahn zurückzuführen . Die Raketenabgasfahne erzeugte anschließend ein großräumiges ionosphärisches Plasmaloch (~900 km Durchmesser) mit 10–70 % TEC-Verarmung im Vergleich zu den Referenztagen. Während die kreisförmigen SAWs mit einer relativ kleinen Amplitude von TEC-Schwankungen wahrscheinlich keine Entfernungsfehler in das Navigations- und Positionierungssystem des globalen Navigationssatellitensystems einführten, könnte das nachfolgende ionosphärische Plasmaloch andererseits räumliche Gradienten in der Ionosphäre verursacht haben Plasma, was möglicherweise zu einem Reichweitenfehler von ~1 m führt.
Zusammenfassung in einfacher Sprache
Am 24. August 2017 startete eine Falcon-9-Rakete von SpaceX vom Luftwaffenstützpunkt Vandenberg in Kalifornien und beförderte Taiwans Erdbeobachtungssatelliten FORMOSAT-5 in die Umlaufbahn. Die leicht gewichtete Solo-Nutzlast ermöglicht es der Rakete, eine erhabene Flugbahn zum direkten Einsetzen in die Missionshöhe von 720 km zu fliegen. Diese einzigartige nahezu vertikale Flugbahn unterscheidet sich von den üblichen Satellitenstarts, bei denen die Raketen über eine horizontale Flugbahn fliegen und Satelliten in 200 km Höhe einführen, gefolgt von Umlaufbahnmanövern auf ihre Missionshöhen. Folglich erzeugte der Raketenstart eine gigantische kreisförmige Schockwelle in der Ionosphäre, die ein weites Gebiet abdeckte, das viermal größer war als Kalifornien. Es folgt ein ionosphärisches Loch (Plasmaverarmung) aufgrund schneller chemischer Reaktionen von Raketenabgasfahnen und ionosphärischem Plasma. Das ionosphärische Loch, das große räumliche Gradienten verursacht, könnte zu Reichweitenfehlern von ~1 m im GPS-Navigations- und Positionierungssystem führen. Es ist wichtig zu verstehen, wie sich die Raketenstarts auf unsere obere Atmosphäre und die Weltraumumgebung auswirken, da erwartet wird, dass diese anthropogenen Weltraumwetterereignisse in naher Zukunft mit enormer Geschwindigkeit zunehmen werden. (Betonung hinzugefügt)
FORMOSAT-5 wurde mit nur einer einzigen Zündung direkt auf eine 720 km lange kreisförmige Umlaufbahn gebracht. Um eine so hohe kreisförmige Umlaufbahn zu machen, muss man einen senkrechteren Aufstieg haben, als es typisch wäre. Grundsätzlich muss man in der Nähe des Apogäums eine beträchtliche Zeit verbrennen, die in diesem Fall 720 km betragen muss. Für eine Umlaufbahn mit niedrigerem Perigäum, sagen wir 200-300 km, hat man diese Nähe zum Apogäum sehr früh erreicht, wenn man mit einer einzigen Zündung in einer kreisförmigen Umlaufbahn von 700 km sein will, dauert es eine Weile, bis diese Nähe erreicht ist.
Anders ausgedrückt ist ein effektiver Höhengewinn von 720 km erforderlich. Das erreicht man am besten durch einen anfänglich vertikalen Aufstieg, um die Schwerkraft und den atmosphärischen Widerstand zu vermeiden.
Bei einer sehr niedrigen Umlaufbahn neigt man dazu, horizontal so niedrig wie möglich zu brennen, da dies die größte Effizienz bietet. Wenn es also die Ionosphäre erreicht, die bei 50 km beginnt, brennt es mehr horizontal als vertikal. Für den Anwendungsfall einer kreisförmigen Umlaufbahn mit einer einzigen Zündung muss man das Anlegen der horizontalen Bewegung verzögern, bis man beginnt, sich der gewünschten Höhe zu nähern, die den eher vertikalen Aufstieg bevorzugt.
Natürlich wird die endgültige orbitale Einführung am Ende für jeden Anwendungsfall horizontal sein. Der Unterschied liegt zweifellos in der Zeitspanne dazwischen. Die Höhe bei Stufentrennung für Formosat-5 betrug etwa 92 km, für Iridium, das eine 2-Zweitstufenzündung verwendet, um eine ähnliche Umlaufbahn zu erreichen, betrug die Höhe bei Stufentrennung etwa 60 km . Die Tatsache, dass die erste Stufe in der Ionosphäre viel mehr brannte, ist wahrscheinlich die Ursache für den Effekt.
Man kann immer eine energieärmere Lösung verwenden, wenn man dies wünscht, aber im Allgemeinen ist es wünschenswert, die Anzahl der Verbrennungen der zweiten Stufe zu verringern, da dies das Risiko eines Raketenversagens verringert. Als sie eine orbitale Lösung fanden, die mit einer einzigen Verbrennung der zweiten Stufe erreicht werden konnte, nahmen sie sie zweifellos.
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linksherum
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Josua