Warum war das Startfenster von TESS nur 40 Sekunden pro Tag geöffnet?

Das kurze Startfenster scheint auf eine Kombination der sehr präzisen Bahnanforderungen von TESS und der Tendenz von SpaceX zur Tapferkeit zurückzuführen zu sein.

Andere Quellen:

Informationen zu den genauen Gründen sind dünn gesät und ich habe mehrere Widersprüche gelesen (oder vielleicht gibt es nur mehrere Gründe):

Von hier (von OP in Kommentaren):

An jedem Starttag beträgt das tägliche Fenster nur wenige Sekunden, basierend auf den Anforderungen an die Treibstoffladung von Falcon 9.

Hier heißt es jedoch :

Falcon 9 hob genau um 22:51:31 UTC ab, der Öffnung eines 30-Sekunden-Fensters, das durch die strengen zeitlichen Anforderungen von TESS eingeschränkt wurde, um sein Mondvorbeiflugfenster einen Monat nach dem Start abzufangen

Versuchen wir also, mit grundlegenderen Informationen zu einer vernünftigen Schlussfolgerung zu kommen.

Analyse

Orbit-Design

Die optimale Startzeit wird nicht genau durch die Erdrotation bestimmt, sondern durch die Höhe des Mondes zum Zeitpunkt des Starts (die offensichtlich eng mit der Erdrotation zusammenhängt).

Eine sorgfältige Lektüre dieses Dokuments gibt uns die folgende Begründung:

1. Um seine endgültige Missionsumlaufbahn mit hoher Präzision zu erreichen, muss TESS seine Mondunterstützung mit hoher Präzision durchführen – die endgültige Umlaufbahn wird sowohl auf die Neigung als auch auf die Periapsis des Vorbeiflugs sehr empfindlich reagieren.
2. Um die Mondunterstützung präzise auszurichten, müssen die Phasenumlaufbahnen genau geplant und richtig geneigt sein.
3. Die Phasenumlaufbahnen verwenden eine Reihe schwacher Stabilitätsgrenzen von abwechselnden Manövern zum Anheben des Apogäums und des Perigäums:

... wird das Raumschiff einen großen Schub geben, wenn es in sechs Tagen wieder in die Nähe der Erde kommt, um den Höhepunkt seiner eiförmigen Umlaufbahn anzuheben, damit er der Umlaufbahn des Mondes entspricht. Die nächsten beiden Umlaufbahnen werden mit Korrekturmanövern gefüllt, um den Vorbeiflugpfad zu verfeinern

Dieser „große Schub“ ist jedoch im Delta-V-Budget von nur 208 enthalten$ms^{-1}$für die gesamte Reihe von Manövern, einschließlich des abschließenden Period Adjust-Manövers .

Phasenumlaufbahnen in Grün dargestellt:

Unter Berücksichtigung dessen hatte TESS ein Budget von nur:

8 m/s für die Aufrechterhaltung des Phasing-Orbit-Perigäums, 28 m/s für Startstreuungen und 25 m/s für Flugbahnkorrekturmanöver,

Bei einem so kleinen Budget kämen Perigäum-Längengrad-Anpassungen nicht in Frage. Bei Verwendung einer einzelnen Injektionsverbrennung aus einer LEO-Parkbahn wie dieser wird das Argument des Perigäums vollständig durch den Zeitpunkt der Injektionsverbrennung bestimmt. Die Neigung wird durch den Startazimut vorgegeben, kann aber über Doglegs angepasst werden.

Aus all dem können wir schließen, dass die Injektionszündung sehr präzise ausgeführt werden musste ( 43 Minuten nach dem Start ) und zeitlich so abgestimmt werden musste, dass sie mit der korrekten relativen Neigung und Höhe des Mondes zusammenfiel, da TESS nur begrenzt in der Lage war, dies rückwirkend zu korrigieren.

Während des Starts konnten jedoch einige Korrekturen vorgenommen werden, solange Falcon 9 dazu in der Lage war.

Falcon 9-Fähigkeit

Es war gut dokumentiert , dass die Falcon 9 für den Start von TESS überdimensioniert war. Die typische ASDS-Lande-GTO-Kapazität von F9 beträgt ~5500 kg . Allerdings ist die Injektionsbahn von TESS mit 248 km x 270000 km deutlich höher als bei einem typischen GTO . Dieser Rechner schlägt eine Delta-V-Anforderung von ~3080 vor$ms^{-1}$für diese Umlaufbahn - eine Steigerung von 26%. Ich schätze, dass dies F9 eine Kapazität für die Umlaufbahn von TESS von ~ 3600 kg geben wird, wenn man die ASDS-Landung berücksichtigt.

Dies ist viel größer als die 325 kg von TESS , daher wissen wir, dass die obere Stufe noch reichlich Kraftstoff übrig hatte.

Ein Großteil dieses Ersatztreibstoffs wurde jedoch verwendet, um die Oberstufe nach der Nutzlasttrennung in eine heliozentrische Umlaufbahn zu werfen, wie in dieser detaillierten Startzeitachse erwähnt .

Daraus können wir schließen, dass Falcon 9 während des Starts keine enormen Kurskorrekturen durchführen konnte, aber sicherlich genug, um ein so enges Fenster nicht zu rechtfertigen.

Abschließend

Der Injektionsorbit war sehr strengen Beschränkungen unterworfen, damit die Mission erfolgreich war, der Start jedoch weniger. SpaceX wollte vermutlich in seinem üblichen Stil das nominelle Startprofil sehr genau anvisieren, um größere Margen für die Landung des Drohnenschiffs zu gewährleisten.

Weiterlesen

• Dieses Dokument enthält eine eingehende Analyse des Orbitdesigns von TESS, konzentriert sich jedoch auf die Trennung der Träger nach dem Start.
• Scott Manley gab einen guten Kommentar zum Orbit-Design.

Hinweis: Hier gibt es meinerseits offensichtlich einige Spekulationen, aber ich habe versucht, mich auf robuste Ressourcen zu verlassen.