Парковочная орбита
Парковочная орбита — временная орбита, используемая во время запуска космического корабля . Ракета-носитель выходит на парковочную орбиту, затем некоторое время движется по инерции, а затем снова срабатывает, чтобы выйти на конечную желаемую траекторию. Альтернативой парковочной орбите является непосредственный впрыск , при котором ракета стреляет непрерывно (кроме этапа ступени) до тех пор, пока ее топливо не будет исчерпано, что заканчивается выходом полезной нагрузки на конечную траекторию . Этот метод был впервые использован советской миссией «Венера-1» на Венеру в 1961 году .
Причины использования
[ редактировать ]Геостационарный космический корабль
[ редактировать ]Геостационарным космическим кораблям требуется орбита в плоскости экватора. Чтобы добраться туда, необходима геостационарная переходная орбита с апогеем непосредственно над экватором. Если только сама космодрома не находится достаточно близко к экватору, то для вывода космического корабля непосредственно на такую орбиту потребуется непрактично большое количество топлива. Вместо этого корабль размещается с разгонным блоком на наклонной стояночной орбите. Когда корабль пересекает экватор, срабатывает верхняя ступень, чтобы поднять апогей космического корабля до геостационарной высоты (и часто также уменьшить наклонение переходной орбиты). Наконец, циркуляризация требуется , чтобы поднять перигей на ту же высоту и устранить оставшийся наклон. [1]
Транслунный или межпланетный космический корабль
[ редактировать ]
Чтобы достичь Луны или планеты в желаемое время, космический корабль должен быть запущен в течение ограниченного диапазона времени, известного как окно запуска . Использование предварительной парковочной орбиты перед финальной инъекцией может расширить это окно с секунд или минут до нескольких часов. [2] [3] Для пилотируемых лунных миссий программы «Аполлон» стояночная орбита давала время для проверки космического корабля, находясь еще недалеко от дома, прежде чем отправиться в путешествие на Луну. [3]
Проблемы проектирования
[ редактировать ]Использование парковочной орбиты может привести к ряду технических проблем. Например, при разработке разгонного блока «Кентавр» были отмечены и нуждались в решении следующие проблемы: [4]
- Инъекционный ожог происходит в условиях невесомости .
- Если для окончательного впрыска используется та же самая верхняя ступень, которая осуществляет выведение на парковочную орбиту, перезапускаемый жидкостный ракетный двигатель. требуется
- Во время движения по орбите стоянки топливо будет уходить от дна резервуара и впускных отверстий насоса. Эту проблему необходимо решать за счет использования диафрагм бака или ракет, регулирующих незаполненный объем топлива , для осаждения топлива обратно на дно бака. [5]
- Система управления реакцией необходима для правильной ориентации ступени для окончательного сгорания и, возможно, для установления подходящей тепловой ориентации во время выбега.
- Криогенное топливо должно храниться в хорошо изолированных резервуарах, чтобы предотвратить чрезмерное выкипание во время движения по инерции.
- Срок службы батареи и других расходных материалов должен быть достаточным для продолжительности стоянки и окончательного впрыска.
Centaur и Agena Семейства верхних ступеней были разработаны для перезапусков и часто использовались в миссиях с использованием парковочных орбит . Последний экземпляр Agena совершил полет в 1987 году, но производство Centaur все еще продолжается. «Бриз -М» также способен выполнять выбег и перезапуск и часто выполняет ту же роль для российских ракет. [6]
Примеры
[ редактировать ]- В программе «Аполлон» использовались стояночные орбиты по всем причинам, упомянутым выше, за исключением тех, которые относятся к геостационарным орбитам. [7] [8]
- Когда орбитальный аппарат «Спейс Шаттл» запускал межпланетные зонды, такие как «Галилео» , он использовал парковочную орбиту, чтобы доставить зонд к нужному месту инъекции. [9]
- Ariane 5 обычно не использует парковочные орбиты. [10] Это упрощает пусковую установку, поскольку не требуется многократный перезапуск, а штраф для их типичной миссии GTO невелик , поскольку их стартовая площадка находится близко к экватору. Менее часто используемая вторая ступень, Ariane-5ES, имеет возможность многократного перезапуска и использовалась для таких миссий, как автоматизированное транспортное средство (ATV), которое использует парковочные орбиты. [11]
- В буквальном примере парковочной орбиты квадроцикл может оставаться на орбите на несколько месяцев в ожидании встречи с Международной космической станцией . По соображениям безопасности квадроцикл не мог приближаться к станции, пока космический корабль был пристыкован или когда «Союз» или «Прогресс» маневрировали для стыковки или отлета. [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чарльз Д. Браун (1998). Проект миссии космического корабля . АААА. п. 83. ИСБН 978-1-60086-115-4 .
- ^ Холл, Р. Каргилл (1977). ЛУННЫЙ УДАР — История проекта Рейнджер . Серия истории НАСА (Технический отчет). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . НАСА SP-4210 . Проверено 11 ноября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Экспедиции Аполлона на Луну» . Глава 3.4
- ^ «Укрощение жидкого водорода: разгонный блок ракеты «Кентавр», 1958–2002 гг.» (PDF) . НАСА.
- ^ Кривецкий А.; Бауэр, штат Вашингтон; Лукс, ХЛ; Падлог Дж. и Робинсон Дж.В. (1962). Исследование методов изгнания в невесомости (PDF) (Технический отчет). Центр оборонной технической информации. Архивировано (PDF) из оригинала 18 июля 2021 г.
- ^ «Бриз-М: рабочая лошадка российского космического буксира» .
- ^ «Окно запуска Аполлона на Луну: контролирующие факторы и ограничения» . НАСА.
- ^ «Журнал полетов Аполлона - Аполлон-8, день 1: околоземная орбита и транслунная инъекция» . НАСА. Архивировано из оригинала 18 февраля 2008 г.
- ^ д'Амарио, Луиза; Яркий, Ларри; Вольф, Арона. (1992). «Проектирование траектории Галилео» . Обзоры космической науки . 60 (1–4): 23. Бибкод : 1992ССРв...60...23Д . дои : 10.1007/BF00216849 . S2CID 122388506 .
- ^ Крис Гебхардт (18 февраля 2020 г.). «Ариан-5» выводит японские и южнокорейские спутники на геостационарную переходную орбиту . NasaSpaceFlight.com.
- ^ «Ариан-5ЭС» .
- ^ Стивен Кларк. «Первый спуск на воду европейского корабля снабжения получил новую дату» . Космический полет сейчас.
