Warum hatte Mars Pathfinder eine so hohe atmosphärische Eintrittsgeschwindigkeit?

Ich habe mich gefragt, was die höchste atmosphärische Eintrittsgeschwindigkeit eines Landers auf dem Mars war, für Lander mit direktem Eintritt (im Gegensatz zu denen, die von einem Orbiter freigesetzt wurden) liegt die atmosphärische Eintrittsgeschwindigkeit tendenziell zwischen 5,6 km / s und 5,8 km / s. dies ist bei Landern wie Mars 3, Spirit, Opportunity und Curiosity der Fall und dies ist die zu erwartende Relativgeschwindigkeit für einen Hohmann-Transfer von der Erde zum Mars.

Andererseits habe ich für Pathfinder einen Hinweis darauf gefunden, dass die atmosphärische Eintrittsgeschwindigkeit 7,5 km / s oder sogar 7,65 km / s beträgt. Dies wird teilweise dadurch erklärt, dass Pathfinder rückläufig eintritt, sodass die Rotation des Mars zum Relativen hinzukommt Geschwindigkeit, anstatt davon für einen prograden Eintritt abzuziehen, aber dies sollte nur einen Unterschied von etwa 0,4 km/s ausmachen, was bedeutet, dass Pathfinder relativ zum Mars immer noch mehr als 1 km/s schneller flog als jeder andere Lander.

Anfangs dachte ich, dass die Zahlen für Pathfinder, die ich gefunden hatte, falsch sein könnten, aber es gibt zahlreiche Hinweise auf eine hohe atmosphärische Eintrittsgeschwindigkeit, der maßgeblichste Wert, den ich finden konnte, ist 7,479 km/s aus einem Papier von NASA/JPL, das auf einem After basiert die Faktenanalyse der Mission:

"Mars Pathfinder am besten geschätzte atmosphärische Eintrittsbedingungen."

Einige andere Hinweise auf ähnlich hohe Geschwindigkeiten: 7,5 km/s , 7,6 km/s , 7,65 km/s

Aufgrund meines rudimentären Verständnisses interplanetarer Transfers würde ich annehmen, dass die hohe Eintrittsgeschwindigkeit auf einen Start außerhalb des Fensters zurückzuführen ist, der zu einer suboptimalen Begegnung mit dem Mars im Vergleich zu einem Hohmann-Transfer führt, aber ich konnte nur wenige Informationen über den Start finden oder was es ungewöhnlich gemacht haben könnte.

Ein Hohmann-Transfer zwischen Erde und Mars ist unmöglich. Die Bahnebenen von Erde und Mars sind gegeneinander geneigt, und Mars hat eine deutlich nicht kreisförmige Umlaufbahn.
@DavidHammen, an dem, was Sie sagen, ist technisch nichts Falsches, aber es ist nicht so, als würde "Hohmann-Transferorbit" nicht verwendet, wenn es um interplanetare Transfers in der realen Welt geht. Übertragen auf die reale Welt stelle ich mir persönlich darunter die Transferbahn vor, die möglichst bitangential ist und wahrscheinlich auch die lokalen Optima sein wird.
@BlakeWalsh Counter intuitiv ist die "bi-tangentiale" Übertragung, die Sie sich (glaube ich) vorstellen, im Allgemeinen die am wenigsten effiziente Übertragung zwischen echten Planeten;)
@BrendanLuke15 Ich meine eine der am wenigsten effizienten Übertragungen
@ BrendanLuke15 nur um klar zu sein, ich würde dies als Beispiel betrachten: commons.wikimedia.org/wiki/…
@BlakeWalsh also eine Übertragung um fast 180 °?
@DavidHammen Dass die Umlaufbahnen nicht koplanar sind, bedeutet im Allgemeinen nur ein bisschen mehr Injektionsbrand und kostet im Idealfall überhaupt nichts. (Das Ziel kreuzt die Ursprungsebene zur Hohmann-Ankunftszeit und Sie verfügen über die Quergeschwindigkeit in der Atmosphäre.)

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Aus meiner Erfahrung sind Start- und Ankunftseigenschaften (Geschwindigkeiten) für ein bestimmtes Startfenster nicht stark korreliert, obwohl ich nicht weiß, warum.

Sie haben vielleicht von „ Pork Chop Plots “ gehört , um (unter anderem) die C3-Anforderungen (neben anderen Informationen) für einen interplanetaren Transfer zu beschreiben (starten). Hier ist eine, die ich für ein Projekt gemacht habe, um einen Lander zur Venus zu schicken:Startfenster für Venus C3 reqs.

Ergänzend zur Bestimmung der C3-Startanforderungen können Sie auch Ankunftsmerkmale bestimmen:Start- und Ankunftseigenschaften des Fensters Venus 2026L

Wie zu sehen ist, stimmen die lokalen minimalen (in Grün) Start- und Ankunftsenergien für ein gegebenes Zeitfenster nicht unbedingt überein. Es ist zu beachten, dass auf der rechten Ankunftsseite nicht die Eintrittsgeschwindigkeit, sondern die hyperbolische Überschussgeschwindigkeit oder die Quadratwurzel von C3 angezeigt wird, aber dies kann leicht verwendet werden, um die Eintrittsgeschwindigkeit zu finden, und ist analog dazu (größerer Wert = höherer Eintritt Geschwindigkeit).

Meine beste Vermutung ist, dass die Notwendigkeit für die Leistung der Trägerrakete (Start C3, linke Seite) die Notwendigkeit für eine Ankunft mit niedriger Energie (Eintrittsgeschwindigkeit [analog], rechte Seite) überwog und der ideale Start C3 mit einer weniger als idealen Ankunft zusammenfiel Geschwindigkeit für Mars Pathfinder. (Ähnlich wie auf dem Bild gezeigt)

Dies wird durch die Startmasse von 890 kg ( NASA Pathfinder Fact Sheet ) unterstützt, die sehr nahe an der Leistungsgrenze des Delta II 7925-Trägers liegt ( Delta II Payload Planners Guide ):Delta II Hochenergie-Nutzlastleistung

(Ich schaue mich um C 3 < 20 k M 2 / S 2 als anständige Vermutung markieren)

Das Datenblatt erwähnt sogar, dass es "ein Nutzlast-Hilfsmodul" brauchte, im Grunde eine zusätzliche Stufe, um ihm mehr Schwung zu verleihen, um zum Mars zu gelangen, also brauchten sie wirklich diesen idealen Start C3.

PostScript Seifenkiste :)

Dies spielt auf einen interessanten Paradigmenwechsel im Denken von Missionsdesignern in Bezug auf Trägerraketen an. Klassischerweise war die Trägerrakete der größte Kostenfaktor einer Mission, daher wurden viele Anstrengungen unternommen, um den Bedarf an einer größeren, teureren Trägerrakete zu verringern. Heutzutage sind Trägerraketen so leistungsfähig und "billig", dass verschiedene Bedenken mit einer C3-Anforderung für einen Start außerhalb des Nennwerts angegangen werden können.

Betrachten Sie als Beispiel aus der Praxis, dass die Mars Insight- Mission sich dafür entschieden hat, einen C3 zu nehmen und die Fahrzeugleistung zu beeinträchtigen, um von Kalifornien statt von Florida aus zu starten, um einen effizienteren Start an der Ostküste zu erreichen. Ich glaube nicht, dass dies eine andere wirkliche Rechtfertigung hatte, als die kalifornischen Leute einen interplanetaren Start miterleben zu lassen, da das Raumschiff laut Wikipedia ohnehin von Denver, CO, verschifft wurde.

Der Treiber für den Start von Insight an der Westküste war die Verfügbarkeit des Startplatzes, wie in einer Antwort auf diese Frage beschrieben .
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