Wie hat die Parker Solar Probe ein so breites Startfenster?

Dieses Dokument enthält einige Informationen , die sich jedoch nicht direkt mit Ihrer Frage befassen. Es wird erwähnt, dass der erste Venusvorbeiflug in relativ großer Höhe (etwa 2500 km) stattfindet, was ihn möglicherweise weniger empfindlich macht. Ich beobachte auch, dass die absolute Zeit keine Rolle spielt, da alle Schwerkraftunterstützungen bei der Venus sind, sobald der erste Vorbeiflug an der Venus abgeschlossen ist. Nachfolgende Vorbeiflüge werden alle um die gleiche Anzahl von Venusjahren später stattfinden als der erste und funktionieren unabhängig davon, wann der erste stattfindet.

Ich stelle aus demselben Artikel auch fest, dass sich die Ziel-Trägerrakete während der Entwurfsphase von einem Atlas zu einem Delta-4 geändert hat. Diese Änderung (und die damit verbundene Vergrößerung der dritten Stufe) wird dem Start eine beträchtliche Menge an Energie hinzugefügt haben. Während es für den Atlas vielleicht einfach zu viel war, gibt es beim Delta möglicherweise eine beträchtliche Flexibilität.

Neuer Startplan: Verlegt, um am 12. August 2018 um 3:31 Uhr EDT abzuheben.

Scrub-Ankündigungsvideo: „ Start der Parker-Solarsonde verschoben “.

Es wird eine Live-Berichterstattung auf dem YouTube-Kanal von NASA Kenedy geben .

Aktueller Live-Stream: „ NASA Live: Offizieller Stream des Medienkanals von NASA TV “.

Für mich klingt das so, als würden die Spielräume für das Energiebudget sehr gering sein.

Die Margen sind klein genug, um keinen Kraftstoff zu verschwenden, indem unnötiger Kraftstoff transportiert wird.

Aber es wird zusätzlichen Treibstoff geben, um Fehler zuzulassen und etwas Spielraum zu ermöglichen.

Ein Goldilocks -Treibstoffbudget.

Warum ist das Startfenster also über eine Woche breit?

Es gibt eine Einrichtungszeit, um sich auf den Start vorzubereiten, es ist einfacher, eine Möglichkeit zu finden, eine Woche lang jeden Tag zu starten, als ein Dutzend Mal im Jahr starten zu können (was für einen interplanetaren Start nicht möglich wäre), da die Leute dies getan hätten zu packen und zu gehen, dann früh zurückzukehren, um sich wieder einzurichten - oder nicht zu gehen, bis es gestartet ist, mit einer riesigen Wartezeit zwischen den Fenstern (aber so funktionieren interplanetare Fenster nicht, bei denen Sie ein sich bewegendes Ziel jagen, anstatt einfach die Erde zu umkreisen ).

Ob Sie am Anfang oder am Ende des Fensters am ersten Tag oder an einem anderen Tag abfahren, ändert die Route und bringt Sie möglicherweise in eine nicht optimale Position um die Sonne, aber immer noch nicht in eine schlechte Position, noch so nachteilig wie weitere Wochen oder Monate Verzögerung (und Streichung aller vorherigen Berechnungen).

Quellen/Beweis der obigen Antwort.

Auf dem Blog der NASA schrieben sie in einem Artikel mit dem Titel „ Parker Solar Probe Launch Window Extended to August 23 “ (2. August 2018):

„Die NASA und ihre Missionspartner haben ein erweitertes Startfenster für Parker Solar Probe bis zum 23. August 2018 (zuvor 19. August) analysiert und genehmigt. Das Raumschiff soll frühestens am 11. August 2018 um 3:48 Uhr starten bin mit einem Zeitfenster von 45 Minuten.".

Am ersten Tag beträgt das Fenster also 45 Minuten. Wenn sie innerhalb dieses Zeitfensters nicht starten können, geht es weiter zum zweiten Tag.

Aber am 7. August 2018 schrieben sie in dem Artikel: " Launch Week Begins for Parker Solar Probe ":

"... geplant für Samstag, den 11. August, um 3:33 Uhr EDT, die Öffnung eines 65-Minuten-Fensters.".

Jetzt ist es früher und länger. Ihr neuester Blog-Eintrag: „ Parker Solar Probe Proceeds Toward Launch Aug. 11 “ bestätigt das gleiche Datum und die gleiche Uhrzeit ohne Erwähnung des Tagesfensters.

Auf der Webseite der NASA: " Kapitel 9 - Von der Erde zur Venus " schreiben sie über die Magellan-Mission:

„Glücklicherweise war für den 4. Mai ein 64-minütiges Startfenster geplant worden. Nach 59 angsterfüllten Minuten ließen die Winde nach und die Wolken teilten sich gerade genug für den Start um 14:46:59 Uhr östlicher Tageslichtzeit (siehe Abbildung 9- 2), nur 5 Minuten vor Ende des Startfensters für diesen Tag. Das Shuttle erhob sich langsam aus den Dampfschwaden und beschleunigte auf die tiefhängenden Wolken zu. Es verschwand kurz aus dem Blickfeld und tauchte dann für ein paar Sekunden wieder auf, eingerahmt ein blaues Fenster inmitten der Wolken, es war wirklich perfekt.

Das Space Shuttle Atlantis kompensierte die Startverzögerung durch Giersteuerung in die richtige Umlaufbahnebene. Nach fünf Umdrehungen um die Erde in einer Höhe von 296 Kilometern (160 Seemeilen) wurde Magellan langsam vom Shuttle abgesetzt (siehe Abbildung 9-3). Sechzig Minuten später, mit ausgefahrenen Solarmodulen wie in Abbildung 9-4 gezeigt, zündete das IUS seine beiden SRMs in rascher Folge und beförderte das Raumschiff fast auf die exakte Flugbahn zur Venus. Nachdem die Triebwerke zur Lageregelung für eine kleine Kurskorrektur abgefeuert worden waren, trennte sich die IUS von Magellan und nutzte ihren verbleibenden Treibstoff, um sich vom Raumschiff zu entfernen.

Magellans Weg zur Venus

Die ursprüngliche Startperiode im Mai 1988 hätte es Magellan ermöglicht, die Venus 4 Monate später über eine Typ-I-Trajektorie zu erreichen , was bedeutet, dass das Raumschiff vom Start bis zum Ziel weniger als 180 Grad um die Sonne gereist wäre. Es gab eine ähnliche Gelegenheit in der Startphase im Oktober 1989, die ursprünglich für Magellan vorgesehen war, später aber der Galileo-Mission zugewiesen wurde, um weitere Verzögerungen bei ihrem Start zu vermeiden.

Die Positionen von Erde und Venus während der Startphase von Ende April bis Ende Mai 1989 erforderten jedoch eine Flugbahn vom Typ IV (siehe Abbildung 9-5). Dies bedeutete, dass das Raumschiff 1 1/2 bis 2 Mal um die Sonne reisen würde (etwas mehr als 540 Grad) und am 10. August 1990 auf der Venus ankommen würde. Während es eine längere Reisedauer (15 Monate) vorschrieb , hatte der Typ IV tatsächlich die Vorteile einer Verringerung der Startenergie und der Venus-Annäherungsgeschwindigkeit.

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Zurück zum Zeichenbrett

Magellans Typ-IV-Trajektorie und das daraus resultierende Ankunftsdatum der Venus brachten einige Änderungen im grundlegenden Kartierungsplan mit sich, der für die Mission von 1988 entwickelt wurde.

Die höhere Konjunktion (bei der die Sonne zwischen Venus und Erde positioniert ist) wird jetzt während der primären Kartierungsmission statt am Ende auftreten. Das Ergebnis ist, dass bis zu 18 Tage Kartierungsdaten um den 2. November 1990 herum verloren gehen, weil Funkstörungen von der Sonne es unmöglich machen, mit dem Raumschiff zu kommunizieren. Glücklicherweise können die fehlenden Daten Anfang Juli 1991 wiederhergestellt werden, wenn die Mission um weitere 243-tägige Kartierungszyklen verlängert wird.

Die Flugbahn schreibt auch eine Annäherung über den Nordpol vor; dies wird zu einem Kartierungsstreifen von Norden nach Süden führen, das Gegenteil von dem, was für die Mission von 1988 geplant war.

Sie können also sehen, wie die Verwendung eines anderen Teils des Fensters die Ausführung der Mission verändern (aber nicht ruinieren) kann.

Die Venus DRM-Mission , die für den 30. April 2021 auf einem Atlas V 551 L/V geplant ist, verwendet moderne Berechnungen, die auf dem basieren, was wir seit der Magellan-Mission gelernt haben; es wäre repräsentativer dafür, was in der Woche ab Samstag, dem 11. August 2018, um 3:33 Uhr EDT zu tun ist.

Wir drehen uns (am Äquator) mit fast 1000 Meilen pro Stunde (1600 km/h) und bewegen uns mit einer Geschwindigkeit von 66.000 Meilen pro Stunde (107.000 km/h) durch den Weltraum um die Sonne.

Relativ zum lokalen Ruhestandard bewegen sich unsere Sonne und die Erde mit etwa 43.000 Meilen pro Stunde (70.000 km/h) ungefähr in Richtung des hellen Sterns Wega im Sternbild Leier. [Quelle: AstroSociety.org – „ Wie schnell bewegen Sie sich, wenn Sie still sitzen? “].

Die Erde dreht sich in 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden (1.436,06667 Minuten) um 360°, sodass das 65-Minuten-Fenster 360 / (1 436,06667 / 65) = 16,2945081 Grad darstellt – eine ziemlich große Bandbreite an Bahnen.

Die Venus bewegt sich auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 78.341 Meilen pro Stunde oder 126.077 Kilometern pro Stunde um die Sonne.

Siehe Wikipedia-Webseite: „ Hohmann Transfer Orbit – Application to interplanetary travel “, „ Bi-Elliptic Transfer “ und „ Interplanetary Transport Network “ für Informationen über „ Gravity Assist “:

„Bei jedem Hohmann-Transfer ist die Ausrichtung der beiden Planeten in ihren Umlaufbahnen entscheidend – der Zielplanet und das Raumschiff müssen zur gleichen Zeit am selben Punkt ihrer jeweiligen Umlaufbahnen um die Sonne ankommen. Diese Anforderung an die Ausrichtung führt zu der Konzept der Startfenster.".

Eine Demonstration der Umlaufbahnen von Erde und Venus um die Sonne bietet das YouTube-Video „ Earth Venus Tango Round the Sun “ und wird auf der Wikipedia-Seite „ Venus – Das Pentagramm der Venus “ erklärt:

„Das Pentagramm der Venus ist der Pfad, den die Venus von der Erde aus beobachtet. Aufeinanderfolgende untere Konjunktionen der Venus wiederholen sich sehr nahe an einer 13: 8 -Umlaufbahnresonanz (die Erde umkreist 8 Mal für alle 13 Umläufe der Venus) und verschieben sich bei aufeinanderfolgenden unteren Konjunktionen um 144 ° . Das Resonanzverhältnis 13:8 ist ungefähr. 8/13 ist ungefähr 0,615385, während Venus die Sonne in 0,615187 Jahren umkreist.".

Wegen der Resonanzperiode, bedingt durch die Umlaufgeschwindigkeit im Verhältnis zum Abstand zur Sonne, bleiben die Planeten Erde und Venus länger relativ nahe beieinander, als wenn das Verhältnis 13:1 wäre – dennoch sind genaue Berechnungen besonders wichtig über extrem lange Zeiträume .

Sie haben Recht mit Ihrer Annahme, dass größere Startfenster höhere Treibstoffreserven auf der Rakete erfordern. Daher liegt der Hauptgrund für ein so großes Startfenster nicht darin, dass sie es einfach wollen, sondern darin, dass es eine gewisse Flexibilität beim tatsächlichen Startpunkt ermöglicht. Sollten sie den Countdown abbrechen und recyceln müssen, benötigen sie einige Zeit (normalerweise Stunden bis Tage), bis sie einen weiteren Start versuchen können.

Neben technischen Schwierigkeiten kann es auch sekundäre Faktoren geben, die einen Start verzögern. Ungünstige Wetterbedingungen, Boote oder Flugzeuge innerhalb von Sperrgebieten und sogar Naturkatastrophen wie Waldbrände können zu Verzögerungen führen.

Bei normalen Starts sind Verzögerungen kein so großes Problem, die nächste Startgelegenheit könnte innerhalb von Tagen sein. Für interplanetare Starts wie SPP (Solar Parker Probe) könnte sich die nächste Startgelegenheit jedoch Jahre später ergeben. Das würde viel Geld kosten und ist ziemlich unpraktisch. Das bedeutet, dass sie sicherstellen müssen, dass sie das Startfenster treffen können.

Um sicherzustellen, dass sie das Startfenster erreichen, versuchen sie, es so groß wie möglich zu machen, damit sie Zeit für die Fehlerbehebung oder das Warten auf die Reichweitenverfügbarkeit haben, falls erforderlich.