Kuinka esine, joka tuskin ylittää pakenemisnopeuden Kuulta, voisi lopulta saavuttaa Maan?
On helmikuu 15, 2021 by adminKoska NASA jälleen kerran suunnittelee edullisia tehtäviä Kuuhun, ajattelin edullisia menetelmiä tavaroiden saamiseksi Kuulta takaisin maahan.
Vaikka näyttää kohtuulliselta olettaa, että kaikki Kuuhun lähetetyt, joita emme tarvitse takaisin, yksinkertaisesti jätetään sinne, mietin halvinta tapaa saada tavaraa takaisin.
Sanotaan lastikontti, joka on täynnä Lunar regolith -tabletteja tai tarttuvalla logolla varustettuja t-paitoja (”NASA meni Kuuhun ja kaikki, mitä he lähettivät takaisin, oli tämä röyhkeä t-paita ”)
Olettaen, että matka-aika ei ole todellinen huolenaihe, voisiko yksivaiheinen raketti, joka työntää ajoneuvon Kuulta, palata takaisin maahan, ilman muita työntövoimia, vai voisiko se yksinkertaisesti eksy avaruuteen?
Voinko saada promo-paitani käyttämällä mahdollisimman vähän propulsiota päästäksesi pois Kuusta?
Kommentit
- Liittyvä .
- @Uwe Käytin huumoria kysymyksen tekemiseksi hieman vähän mielenkiintoisempi. Pohjimmiltaan tämä kysymys on äärimmäisen edullisten kulkujen tutkiminen Kuulta takaisin maahan. Todellinen lasti voi olla arvokkaampi, jos haluat ajatella sitä tuolla tavalla.
- Eikö ’ ole tämä melkein mitä Apollon tehtävät tekivät?
- @WGroleau: Et tarvitse ’ polttoainetta (muuta kuin pieni määrä kurssikorjauksia varten) palataksesi kuusta. Sinun tarvitsee vain lyödä ilmakehää oikeaan kulmaan ja sinulla on hyvä lämpösuoja. Katso Apollon tehtävät.
- Myönnetty, koska haluan yhden näistä t-paidoista, jos onnistut vetämään tämän pois.
Vastaa
http://nbviewer.jupyter.org/gist/leftaroundabout/3955d27877e19be39d0f61fdafce069e
Päästönopeuden tuskin saavutetaan otat parabolisen kiertoradan . Parabolisilla kiertoradoilla on se, että ne todella lähestyvät nollanopeutta , kun lähdet äärettömälle etäisyydelle lähtörungosta.
Eli nollanopeus suhteessa alkurungon viitekehykseen eli tässä tapauksessa kuun vertailukehyksessä. Mutta tämä ei ole nollanopeus maan tai auringon vertailukehyksessä – näiltä katsottuna se sama nopeus kuin kuu itse . Tästä syystä Parker Solar Probe vaati valtavaa rakettia Delta IV Heavy: maan pakeneminen oli vain osa $ \ Delta v $: ta, mielenkiintoinen osa on päästä eroon liikkeestä perit maapallolta.
Tosiasiallisesti paraboliset kiertoradat ovat olemassa vain todellisessa kahden ruumiin järjestelmässä. Todellisuudessa et pidä alenna nopeuttasi nollaan, koska maa ei ole niin kaukana ja vaikuttaa välittömästi kiertoradalle. Varsinkin jos aloitat tangentiaalisesti poispäin kohti eteenpäin suuntautuvaa kuun pintaa ja suuntaat poispäin maasta, taaksepäin suuntautuva parabolinen paeta antaa maalle aikaa ”vetää avaruusalus lähemmäksi”, kun sillä on vähemmän kuin kuun nopeus. Tämän seurauksena kiertoradalla on huomattavasti pienempi perigee kuin Kuulla:
Voit nyt hienosäätää tämän taitavasti niin, että noin neljän kiertoradan jälkeen saat toisen läheisen lähestymistavan kuuhun, joka sitten sitten pudottaa sinut suoraan maahan.
Mutta koska kumpikaan kuu tai maa ei ole kovin massiivisia, on itse asiassa käytännöllisempää pakata vain ylimääräinen $ \ Delta v $, aloittaaksesi hyperbolinen reitti kuulta. Esimerkki: $ v_0 = 2572 \ mathrm {\ tfrac {m} s} $ (poistumisnopeus on 2375 $ \ mathrm {\ tfrac {m} s} $):
Näkymä samalle radalle Kuulta:
Pahoittelen huonolaatuisia GIF-tiedostoja, en näytä saavan niitä luotettavasti hyväksyttäviksi hyväksyttäviksi kirjoittanut imgur muulla tavoin.
Kommentit
- Hyvää. Joten se lisää alle 200 m / s kuunpakoon päästäksesi suoraan maapallolle. kuuntelu.
- Tämän tyyppiset kauniit vastaukset ovat, miksi pidän niin paljon Space Ex -pinoista. Kiitos paljon!
- @uhoh joo, se laukaisee $ 2275 \ mathrm {\ tfrac { m} s} $ päässä maasta ja $ 1200 \ mathrm {\ tfrac {m} s} $ taaksepäin kiertoradan suunnassa alkaen kuun toisella puolella olevasta kohdasta w tässä tämä vektori on tangentiaalinen pintaan nähden. (En ole varma, miksi käytin tätä merkkikokousta …) – En ole ’ t tarkistanut tyhjentävästi, kuinka paljon matalampi voisimme tehdä $ | v_0 | $, mutta en usko sitä ’ voi olla paljon vähemmän. Suurin osa samankaltaisista yhdistelmistä antaa vain erittäin elliptisen geosentrisen kiertoradan – matalan periapiksen ja kuun kaltaisen apoapsin. Niin kauan kuin ylitämme Kuun ’ n pakenemisnopeuden, se ei palaa Kuuhun missään määrin.
- @leftaroundabout Kuvanlaadusta voisi olla hyötyä APNG : n käyttämisestä GIF: n sijasta? Vaikka IE- ja Edge-käyttäjät saatetaan jättää pois,
- Nämä animaatiot ovat erinomaisia! Minulle ’ tämä vastaus on todella vaikuttava.
Vastaa
Se menettäisi avaruudessa.
Jos saavutit tuskin kuun pakenemisnopeuden, se tarkoittaa, että esineesi saavuttaa kiertoradan, joka on jonkin verran samanlainen kuin kuu.
Sieltä kiertorata on epävakaa maan / kuun (ja muiden kappaleiden) vuorovaikutuksen vuoksi. Se saattaa viedä rahdin takaisin maahan, takaisin kuuhun tai syvään avaruuteen. Oikeiden ennusteiden kiertoratojen ennustaminen on vaikeaa ja epäluotettavaa pitkällä aikavälillä.
Valitettavasti tämä ei näytä käytännölliseltä ratkaisulta.
Voit lukea lisää aiheesta delta v budjetit wikipediassa.
Kommentit
- Se menetetään (todennäköisesti) avaruudessa (jos sitä ei käynnistettäisi varovasti.) Mutta jos se tehdään huolellisesti, eikö ’ t olisi olemassa joitain polkuja, jotka todella johtavat läheiseen lähestymistapaan Maan kaappaamiseen tai jopa palataanko takaisin vai onko olemassa matemaattinen argumentti, joka perustuu $ C_3 $: iin, jakotukkeihin jne., jotka estäisivät tämän? Olet ehkä oikeassa, mutta hyvään vastaukseen tulisi sisältyä joitain tukevia tietoja tai argumentteja. Näin tulevat lukijat voivat oppia jotain enemmän kuin div id = ”1e8d53c92c”>
Antzi ei ’ ajattele niin. ”
vastaus
Kuun pakenemisnopeuden tuskin saavuttaminen tarkoittaa, että kun lopetat työntövoiman, olet nyt elliptisellä kiertoradalla, joka on päällekkäinen kuiden kiertoradalla, mutta ei varmasti sukellu tarpeeksi syvällä maa / kuu -järjestelmässä, jotta maapallon ilmakehä todella tarttuisi siihen.
Kiertelet tällä tavalla, kunnes kuu palaa takaisin ja teet yhden kolmesta asiasta.
- Kaatuminen kuuhun
- Hanki kiertoradasi risteytymään maapallon sieppauspisteeseen, jossa palaa ilmakehässä.
- tai laukaise maan / kuun pakoon ja auringon kiertoradalle .
Kerroin siitä, että slingshot-efekti vie sinut turvallisesti maan päälle, on melko vähäinen.
Lähde: Toistuvasti tapahtui minulle, kun aika kului Kerbal Space -ohjelmassa.
kommentit
- Jos toinen vaihtoehto (maapallon sieppaus) on ollenkaan mahdollista, sen pitäisi olla mahdollista saavuttaa huolellisella ajoituksella ja suunnalla ensimmäiselle laukaisulle Kuulta, jota seuraa pienet liikeradan korjaukset. Hyötykuorma alkaisi Kuulta ja kiertäisi sitten melko pitkään (todennäköisesti) ennen kuin aloitettiin sarja perigee-laskevia rintareppuja Kuun ympärillä (vähän kuin Parkerin aurinkokoetin ja Venus), mikä johtaisi lopulta Maan sieppaamiseen. Se vie jonkin aikaa, mutta delta-V: n kokonaisbudjetin tulisi olla pieni.
- Se olisi erittäin kaoottista maa / kuu-järjestelmän vuorovaikutusten vuoksi, mutta kyllä, teknisesti, jos sinulla olisi riittävä etu laskentatehon, voit tehdä sen.avaruusaluksesi on viime kädessä tuotettava noin 3 km / s: n dV, jotta saavutetaan maa sieppaava lentorata, joista osa voi tulla ritsa. Sinun ’ täytyy myös selviytyä 11 km / s paluunopeudesta, mutta voit suorittaa useita aerobraking-passeja, koska et ’ välitä aika. jotta ’ olisi vähemmän ongelma, laiduntele ilmakehää toistuvasti laskeaksesi apogeeasi, kunnes pääset uudestaan.
- @ Ruadhan2300: Kuinka paljon suorittimen tehoa tarvittaisiin päästä sisälle esim optimaalisen delta-V: n kerroin 2? Luulisin, että useimmissa tapauksissa, joissa on vaikea määrittää, mikä kahdesta toimintatavasta olisi parempi, molemmat toimintatavat olisivat melkein yhtä hyviä.
- I ’ sanotaan, että lentosuunnitelman tarkkuus on tärkein vaatimus, sinun on määritettävä N-Body-arvio maapallon ja kuun järjestelmästä ja seurattava reittiäsi säännöllisesti varmistaaksesi, että se ’ ovat odotusten mukaisia. Kysymällä, kuinka paljon keskusyksikköä ei todennäköisesti ole hyödyllistä, sinulla on kuukausia vaihtamisen välillä laskelmien suorittamiseksi, voit todennäköisesti tehdä sen paperilla. Optimaalisen dV: n saavutettuasi pakenemisnopeuden pitäisi olla merkityksetön, jos saat alkuperäisen lentoradan oikein, mutta lentoaika mitataan varmasti vuosina. ’ Kokeilen sitä KSP: ssä tänä iltana työn jälkeen 🙂
- +1 KSP: n käyttämisestä lähteenä. NASA tekee sen vain, kun ne jumittuvat todella. 🙂
Vastaa
Jos otat elliptisen kiertoradan Kuun pinnalta, ei, paeta piste nopeutesi tuskin eroaa kuun nopeudesta ja näytteesi kiertää siellä loputtomasti.
Buuut …. jos pakenette Kuulta korkeimmalta mahdolliselta taaksepäin olevalta kuun kiertoradalta …
Kukkumäen pallon säde: 58120 km
Kiertoradan nopeus Kuun ympärillä: 0,29 km / s src
Kiertoradan nopeutesi on Kuun kiertoradan nopeus miinus kiertoradan nopeus.
Pakeneminen äärettömän pienellä palamisella taaksepäin suuntaan, pisteeseen, laskeudut maapallon kiertoradalle 442500 km: n apogeelle src
1,02 km / s Kuun kiertoradan nopeus – 0,29 km / s = 0,7 km / s.
Käyttämällä Vis- Viva-yhtälö , saamme 304 000 km puoli-suuriakselia.
Nyt, apogee + perigee = 2x puoli-major-akseli, siis 2 * 304000 km – 442500 km = 165500 km …
… ja bummer. 165 000 km: n nopeudella emme saa edes mitään jälkiä aerobrakingista.
kommentit
- hieno vastaus, mutta pikemminkin kuin ”tuskin ylittää nopeutta”, mielestäni op tarkoitti pienintä delta v -pinnalta
- @Antzi: Op didn ’ t määritä ’ pinnalta ’ ja jopa jos hän tarkoitti, että vastaus olisi tylsä .
Vastaa
Sen pitäisi olla mahdollista, riittävästi aikaa ja erittäin huolellinen navigointi. Saatat joutua tekemään hieman paremmin kuin ”tuskin” paeta, mutta sinun ei tarvitse laskea maapallon periapsiasi huomattavasti Kuun alapuolelle.
Tarvitset vuosien ajan, mahdollisesti monien vuosien ajan. järjestää kuun swingbysin pyörien maapallon kiertoradasi epäkeskisyyttä, kunnes tulet maapallon ilmakehään.
Kuinka kauan kestää, riippuu siitä, kuinka usein pystyt kohtaamaan Kuun uudelleen. Siellä et halua ”tuskin” paeta, koska se lisäisi aikaa uudelleenlaskennan välillä.
Vastaa