Was ist das seltenste Startfenster?

Der Start von New Horizons war sehr kritisch. Die NASA-Wissenschaftler hatten 5 Jahre Zeit, um eine Raumsonde zu Pluto zu entwickeln und sicherzustellen, dass sie eine Gravitationsunterstützung durch Jupiter erhält, was nur möglich ist, wenn sie im Jahr 2005 bis 2006 gestartet wird: Obwohl sie 5 Jahre Zeit hatten, sich vorzubereiten und zu starten, hatten sie hatte mehrere Probleme bei der Reparatur der Atlas 5-Rakete, Budgetprobleme, Regierungsdruck und das Erstaunlichste daran ist, dass es, wenn dieses Fenster versäumt würde, 11 Jahre dauern würde, bis sie ihr Ziel Pluto erreicht, für das der Treibstoff daher möglicherweise nicht ausreicht Dies war ein Wettlauf gegen die Zeit und ein sehr interessantes Startfenster. Eine ähnliche Möglichkeit ist 2 bis 3 Jahrzehnte entfernt.

Comet West mit seiner unvorhersehbaren, aber auf 558 000 Jahre geschätzten Periode ist ein guter Anwärter.

Da Startfenster auf die Ausrichtung von N Objekten abzielen können, tendiert die Antwort offensichtlich ins Unendliche.

Sie müssen sich auch daran erinnern, dass Startfenster nur "optimale Startzeiten" sind.

Mit Nicht-Hohmann-Transfers oder langen Parkbahnen können Sie jederzeit starten (mit mehr Delta V).

Hohmann-Startfenster treten in jeder synodischen Periode auf. Oder eine allgemeinere Version eines Hohmann-Transfers wäre eine Transferbahn, die sowohl die Start- als auch die Zielbahn tangiert . Dies tritt auch jede synodische Periode plus oder minus auf.

Anrufzeitraum der Abflugbahn T1. Nennen Sie die Umlaufzeit des Zielorbits T2.

Synodische Periode = |(T1*T2)/(T1-T2)|

So hätte zum Beispiel ein erdnaher Asteroid mit einer Periode von 1,1 Jahren eine Erde-Asteroiden-Synodenperiode von 11 Jahren.

Je erdähnlicher also eine Umlaufbahn ist, desto seltener sind die Startfenster. Je weiter die Objekte entfernt werden, desto näher kommen die Startfenster dem Jahr. Zum Beispiel beträgt die synodische Periode Erde-Neptun 1,006 Jahre.

Shoemaker und Helins Earth Approaching Asteroids As Targets For Exploration ist ein oft zitiertes Papier für Delta Vs, die es braucht, um einen Asteroiden zu erreichen. Ihre Delta-V-Berechnungen erfordern ein Rendezvous, wenn der Asteroid am Aphel ist. Dadurch werden die meisten tangentialen Transferbahnen eliminiert. Dies kann dazu führen, dass Startfenster auf Jahrhunderte auseinanderfallen.

Wenn Sie damit einverstanden sind, dass der Transferorbit vor dem Asteroiden-Rendezvous mehrere Umrundungen um die Sonne macht, werden mögliche Startfenster häufiger. Aber das würde Reisezeiten in der Größenordnung von Jahren ergeben. Mehrjährige Reisezeiten sind in Ordnung, um Maschinen zu einem Asteroiden zu schicken, aber das macht es viel schwieriger, Menschen zu schicken.

Nahezu optimale (oder zumindest einigermaßen billige) Begegnung zwischen Körpern in stark exzentrischen, ähnlichen Umlaufbahnen (ähnliches Argument für Periapsis, Neigung, Periode).

Für einen optimalen Transfer sollte ein Teil des Transfers in der Nähe der Periapsis der unteren Umlaufbahn sein, der andere in der Nähe der Apoapsis der höheren Umlaufbahn. Das ist gut; das ist in jeder Periode des Startorbits möglich. Abgesehen davon, dass der Körper, dem Sie in der anderen Umlaufbahn begegnen möchten, ganz woanders ist, wenn Sie sich in der Periapsis befinden. Es ist ein ähnliches Problem wie bei HopDavid, außer dass Sie Ihren Transfer nicht einleiten können, wenn das Fahrzeug an einem beliebigen Punkt der Umlaufbahn auf das Ziel ausgerichtet ist. Wenn Sie also Körper A im richtigen Winkel vor Körper B haben, benötigen Sie Körper A an der Periapsis und Körper B im korrekten Winkel vor seiner Apoapsis – ungefähr das Quadrat von DavidHops Zeitschätzung.

Interessanterweise kann dies für Umlaufbahnen sogar von ähnlicher Periode, aber viel unterschiedlicher, einfacher sein, da andere Manöver zur Anpassung an andere Umlaufbahnparameter (Neigung, Argument der Periapsis) so viel Arbeit erfordern, sie zu reparieren, dass sie viel Spielraum lassen, um die Anpassung zu quetschen der Phase/Orbitalwinkel in diese Manöver.

Diese Frage hat bereits sechs Antworten, aber ich möchte eine allgemeinere Antwort hinzufügen:

Bei der Raumfahrt im Sonnensystem gibt es einen Kompromiss zwischen Treibstoff (Delta-V) und Missionsdauer. Sie können mit sehr wenig Delta V fast überall hingehen, solange es Ihnen egal ist, wie lange es dauert. Umgekehrt, wenn Sie ein beliebig großes Delta-V-Budget haben, können Sie sehr schnell ans Ziel kommen.

An einem Ende der Skala befindet sich das „interplanetare Netzwerk“ , eine Reihe von Niedrigenergieübertragungen, die sich ständig ändern und weiterentwickeln. Durch die Verwendung winziger Anstöße von Gravitationshilfen und das Passieren von Lagrange-Punkten können Sie mit wenig Kraftstoff fast überall hinkommen, aber Reisen können Jahrtausende dauern.

In der Mitte der Skala befinden sich Hohmann-Transfers , die Art von "Standard" -Manöver, das die niedrigste Energieübertragung in einem Zwei-Körper-Szenario darstellt (dh wenn Sie nicht den Gravitationseinfluss anderer Körper haben, um das Fahrzeug in irgendeiner Weise anzustoßen Richtung). Spieler des Kerbal-Weltraumprogramms werden mit dieser Art der Übertragung vertraut sein.

Am anderen Ende der Skala zeigt man mit der Nase des Raumfahrzeugs auf den Planeten und drückt das Pedal auf den Boden . Dies ist nur für die Art von nuklearbetriebenen Fackelschiffen machbar, zu denen die Menschheit in langer Zeit keinen Zugang mehr haben wird. Aber mit einem hohen Delta V und einer hohen Beschleunigung haben Sie den Luxus, viel schnellere, aber viel weniger effiziente Flugbahnen zu Ihrem Ziel zu nehmen.

Was hat das mit Startfenstern zu tun? Es gilt die gleiche Dichotomie. Je höher Ihr Delta-V-Budget, desto weniger abhängig sind Sie von bestimmten Startfenstern.

Auf einem Fackelschiff mit beliebigem Delta-V können Sie im Wesentlichen starten, wann immer Sie möchten.

Wenn Sie Hohmann-Transfers verwenden, haben Sie gemäß HopDavids Antwort Startfenster, die von der relativen Differenz zwischen den Umlaufzeiten abhängen, was für äußere Planetenobjekte knapp ~ 1 pro Jahr ausmacht.

Beim Start mit einem sehr niedrigen Delta-V-Budget kann die Kombination von Assists von einem seltenen Ereignis (wie bei der Voyager 2 Grand Tour) bis zu einem einzigartigen Ereignis reichen, das nie wieder auf genau die gleiche Weise passieren wird.

Es ist großartig, ein geplantes Fenster zu haben. Man sollte aber auch bedenken, wie wichtig klares Wetter am Startplatz bei Triebwerkszündung ist. Früher starteten wir Shuttles und einen wunderbaren Startdirektor namens Bob Sieck (der eine Ausbildung in Meteorologie hatte). Es ist bekannt, dass er das Shuttle in einem Wetterloch vom Kennedy Space Center aufstellen konnte. Er musste immer auf das Wetter achten und planen, wann wir tanken, um zur richtigen Zeit am Loch zu sein. Es war wundervoll! Sie können alle Pläne haben, die Sie wollen ... aber Mutter Natur und die Gesundheit Ihrer Rakete bestimmen letztendlich, ob Sie fliegen.