Warum (zum Teufel) hat Tianwan-1 in eine Umlaufbahn mit geringer Neigung eingeflogen und dann einen Ebenenwechsel von 11,8 auf 86,9 Grad durchgeführt?

Tianwen-1 von eoPortal (Chinas erste Mars-Erkundungsmission) zeigt die folgende Grafik, Bildunterschrift und den Link.

Es wird oft diskutiert, dass Änderungen der Umlaufbahn wie bestimmte Tafelweine sind, da sie dazu da sind, sich hinzulegen und zu vermeiden . Sie sind in Delta-v im Allgemeinen kostspielig. Das Bild zeigt, dass das Manöver wahrscheinlich in der Apoapsis einer Umlaufbahn von 400 x 180.000 km durchgeführt wird und somit die Kosten minimiert wurden. In dieser Entfernung beträgt die Orbitalgeschwindigkeit um den Mars nur etwa 485 m/s 97 m/s , und daher wären mindestens mehrere hundert m/s Delta-v für einen so großen Ebenenwechsel erforderlich.

Frage: Warum nicht direkt in eine Umlaufbahn mit hoher Neigung eintreten? Von der Erde aus würde es nicht bedeuten, ein paar tausend Kilometer höher zu zielen, in einer Entfernung von Hunderten von Millionen Kilometern? Dieser Flugzeugwechsel scheint mir auf den ersten Blick unnötig und ein bisschen kostspielig (ein bisschen Delta-V und ein zusätzliches Brennen und Manöver).

Umlaufbahnaktivität von Tianwen-1 auf dem Mars

Abbildung 10: Geplante Orbitalbahn auf dem Mars. Ein Schema der verschiedenen Umlaufbahnen, die die chinesische Sonde Tianwen-1 um den Mars herum benutzen wird, mit Informationen zu den Umlaufbahnparametern jeder von ihnen 13

13 https://en.wikipedia.org/wiki/File:Orbital_trajectory_of_Tianwen-1_around_Mars.png

Die Apoapsis-Geschwindigkeit beträgt nur 97 m/s (485 m/s wären für eine kreisförmige Umlaufbahn bei 140.000 km), sodass sich die Kosten für den Flugzeugwechsel auf nur etwa 118 m/s belaufen. Das beantwortet natürlich nicht Ihre Frage, warum sie nicht direkt zur Polarität gehen.
@RussellBorogove Huch, ja. Ordnungsgemäß notiert und jetzt nach mehr Kaffee greifen ... (wie immer)
Interessant! Ich hätte nicht gedacht, dass Flugzeugwechselmanöver in Delta-V so billig sein könnten, aber in diesen Höhen macht es Sinn. Irgendwelche Zahlen zu den Delta-V-Kosten bei 400 km? Dann müsste es doch super teuer werden, oder?
(Gemeinte 180.000 km, nicht 140.000, auch eindeutig Kaffeemangel.) Bei 400 km Periapsis beträgt die Umlaufgeschwindigkeit ~4700 m/s, also würden die Kosten für den Flugzeugwechsel (glaube ich?) proportional auf etwa 5700 m/s steigen -- keine empfohlene Strategie. Im Allgemeinen möchten Sie bei großen Ebenenänderungen normalerweise die Apoapsis anheben, die Änderung vornehmen und dann zu Ihrer endgültigen Periapsis/Apoapsis gelangen, und insbesondere bei Ebenenänderungen über 60º möchten Sie die Apoapsis so hoch wie möglich anheben.
Um fast polar zu werden, müssen Sie über oder unter dem Mars zielen (je nachdem, auf welche Weise Sie umkreisen möchten). Wenn Ihr Einsetzmanöver fehlschlägt, während Sie sich in der Ebene befinden, können Sie möglicherweise eine Mission retten, da Sie sich in einer heliozentrischen Umlaufbahn in der Marsebene befinden. Wenn Sie nach oben/unten gehen und das Einsetzen fehlschlägt, erhalten Sie eine Schwerkraftunterstützung, die Sie vollständig aus der Ebene des Sonnensystems hebt, was jede Art von geborgener Mission nahezu unmöglich macht. Ich weiß nicht, ob das eine Überlegung war, aber für mich scheint das Erfassen in der Nähe des Flugzeugs viel sicherer zu sein als das Erfassen direkt auf einer stark geneigten Umlaufbahn
@Polygnome Interessant, aber ich bin mir nicht sicher, ob es tatsächlich und nachweislich einfacher ist, auf die eine oder andere Weise zum Mars zurückzukehren. Können Sie sich etwas Bestimmtes vorstellen, das einfacher gemacht werden kann, wenn der Mars in der Ebene und außerhalb verfehlt wird?
@uhoh Sie könnten spätere Vorbeiflüge arrangieren, um zumindest etwas Orbitalwissenschaft zu sammeln, vielleicht sogar erneut versuchen, einzufügen, anstatt aus dem Flugzeug zu sein und nirgendwo hin zu gehen. Ich glaube, ich erinnere mich, dass mindestens eine Mission gerettet werden konnte, indem eine resonante Umlaufbahn eingerichtet wurde, nachdem das Einfügen fehlgeschlagen war, aber das muss ich nachschlagen.
@Polygnome Ich sehe es immer noch nicht; Ich denke, dass man in jedem Flugzeug einen Vorbeiflug an einem bestimmten Planeten machen kann. Das Raumschiff hat nur eine kleine Menge Delta-V, die in jede Richtung zeigen kann, also ist es ziemlich genau auf einer festen heliozentrischen Ellipse, egal in welcher Ebene. Die Wahrscheinlichkeit ist gering, dass er nahe genug an einem anderen Planeten vorbeikommt, um etwas zu tun, aber ich verstehe noch nicht, warum es deutlich mehr Phasenraum dafür gibt, wenn sie innen oder außen sind. Ich sage nicht, dass ich nicht falsch liege, nur dass ich noch nicht verstehe, warum.
Spekulation: Vielleicht wollten sie auch einige Beobachtungen der Marsmonde?
@RussellBorogove Die KSP-Leute haben es herausgefunden, es ist tatsächlich etwas unter 60 Grad, wo das Anheben der Apoapsis auf nahezu unendlich zum effizientesten Ansatz wird.

Antworten (1)

Ein direktes Einsetzen in eine polare Umlaufbahn gibt Ihnen nur eine Option für eine Umlaufbahnebene: eine, die anfänglich direkt auf die Sonne gerichtet ist. Dies ist für eine Beobachtungsmission suboptimal, da Sie sich mehr oder weniger direkt über der Sonnenaufgangs-/Sonnenuntergangslinie befinden und nur tief verschatteten Boden sehen können. Es wird mehrere Monate dauern, bis sich der Planet weit genug in seiner Umlaufbahn bewegt, um Ihnen eine gute Beleuchtung zu bieten.

Wenn Sie stattdessen in eine stark elliptische Umlaufbahn einfliegen, haben Sie eine weitaus größere Auswahl an Orbitalebenen zur Auswahl, und sie sind im Allgemeinen auch nützlicher. Zum Beispiel können Sie bei einem Capture Burn über planetarischer Mitternacht (die natürliche Wahl für etwas, das aus einer Hohmann-Transferbahn kommt) über Mittag in eine polare Umlaufbahn eintreten, wodurch Sie eine nahezu schattenfreie Sicht auf den Boden haben.

Ich verstehe das nicht wirklich, können Sie ein Diagramm oder einige bessere Erklärungen oder noch besser Quellen für diese Behauptungen hinzufügen? Danke!
Ich bin anderer Meinung, viele Marsmissionen haben eine Umlaufbahn "mehr oder weniger direkt über der Sonnenaufgangs- / Sonnenuntergangslinie" verwendet, um sonnensynchron und immer in direkter Sicht auf die Sonne zu bleiben, ein Beispiel, das in dieser Antwort angegeben ist . Wissenschaftliche Instrumente sind speziell für eine bestimmte Orbitalgeometrie konzipiert, und ich bezweifle sehr (put kann nicht beweisen), dass sie das Raumschiff bauen, geschweige denn starten würden, ohne genau zu bestimmen, wie die endgültige Umlaufbahn aussehen würde (bezüglich: Optionen der Umlaufbahn Flugzeuge).
@BrendanLuke15, zweieinhalb der drei Hauptinstrumente auf Mars Odyssey kümmern sich nicht um die Beleuchtung.
Warum (zum Teufel) hat Tianwan-1 in eine Umlaufbahn mit geringer Neigung eingeflogen und dann einen Ebenenwechsel von 11,8 auf 86,9 Grad durchgeführt?
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