כיצד משימות חלל משתמשות ב- Orbital Mechanics כדי להשיג נחיתה על אסטרואידים

התגשמות האתגר: מדוע מכניקנים של אורביטאל מתקדשים לקרקעות אסטרואיד

הנחיתה של אסטרואיד מייצגת את אחד ההצלחות התובעניות ביותר בטיסה המודרנית.בניגוד לנטייה על כוכב לכת או ירח עם שדה כבידה מוכר, אסטרואידים הם קטנים, מעוצבים באופן לא סדיר, ויש להם כוח הכבידה חלש מאוד.חלל לא יכול פשוט "להפוך" אל פני השטח; זה חייב בדיוק את התנועה הכוריאוגרף שלו באמצעות עקרונות מכניקת מסלול מסלול זה, לעתים קרובות בשם אסטרודינמיקה, למשול כל שלב של משימת אסטרואיד - החלתק, החל ממהירות, כדי להשיג דיוק מינימלית, תוך כדי להשיג את הדיוק.

יסודות מכניקה Orbital עבור משימת אסטרואידים

מכניקת אורביטל מתארת את תנועת האובייקטים תחת כוחות הכבידה.עבור משימות אסטרואיד, הפרמטרים המרכזיים הם המיקום של החללית, מהירות, ואת המשיכה הכבידה של השמש ואת אסטרואיד היעד.האתגר הבסיסי הוא שכוח הכבידה של אסטרואיד הוא כה חלש עד שהוא לא יכול ללכוד חללית באופן פסיבי; הדחף הפעיל נדרש להאט את הרכב ולחדור למסלול.

דלתא-ו והטירוף

מושג קריטי במכניקה המקיפה הוא דלה-v ( ⁇ v), השינוי במהירות הנדרשת כדי לשנות מסלול.עבור הנחיתה אסטרואיד, תקציב ה ⁇ v הכולל חייב לקחת בחשבון עבור שיגור מכדור הארץ, תיקונים באמצע הדרך, שילוב מסלול סביב אסטרואיד, ירידה, ונחתה.ה-FLT:0Tsiolkovsky משוואות טילים מ-FLT:1LTs כמה דחף הרבה יותר עבור מסלול גבוה של כדור הארץ, ולכן מסייע לעתים קרובות מקרינת דלק ⁇ גבוה יותר.

תכנון הגישה: מה-Heliocentric Orbit to Rendezvous

המסע מתחיל על ידי הצבת החללית במסלול העברה מכדור הארץ לאסטרואידים.זה בדרך כלל כרוך בהעברה הוהמן, שבו מסלול החללית משתנה כדי לנטר את מסלול היעד בזמן הנכון. כי אסטרואידים נעים לאורך נתיבים אליפטיים או נטויים מאוד, ההיערכות חייבת להיות מדויקת במהלך שלב ההפלגה, ניווט אופטי ורדיו כדי לחדד את התחנות של כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך המצלמות המדורגים (D לאחור) ומצלמות המדורגים (D לאחור) ומצלמות של כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת של כוכבי הלכת של כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת של כוכבי הלכת של כוכבי הלכת של כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת של כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת) ומצלמות המדורג' (D (D לאחור) ומצלמות החלל (D לאחור) ומצלמות המדורג') אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת של כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת של כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אל תוך כוכבי הלכת אלטר

טכניקות עזרה ושפל

כמה משימות, כגון OSIRIS-REx של נאס"א, השתמשו בכוח הכבידה של כדור הארץ כדי להשיג מומנטום נוסף ללא דלק בוער. אחרים, כמו ה- Hayabusa2 של JAXA, משתמשים בדחפורים של יון נמוך, נטייה מתמשכת המאפשרת להכניס אוויר מהיר יעיל.

להשיג אורביט סטריקל סביב גוף מיקרוגרפי

ברגע שהחללית מגיעה לסביבות האסטרואיד, יש לקחת אותה למסלול.אבל, כי הכבידה של האסטרואיד כה חלשה (לעתים קרובות מיליוני פעמים חלשות יותר מכדור הארץ), החללית לא יכולה פשוט ליפול למסלול.במקום, היא מבצעת סדרה של כוויות כדי להפחית את מהירותה היחסית לאפס - תהליך שנקרא FLT:0rendezvoussal 1FLT לאחר התחדשות, הוא מבצע סדרה של חלליות מבוקרת בהדרגה כמה קילומטרים למסלול ".

הכנס האורביטאלי ויציבות

במהלך הכנס, החללית יורה את מנועיה להאט על ידי הסכום המדויק הדרוש כדי להילכד.עבור אסטרואידים קטנים, מהירויות המקיפים הן נמוכות מאוד - על סדר ס"מ לשנייה, זה הופך את המשימה של שמירה על מסלול קשה כי אפילו סטיות זעירות מלחץ קרינה השמש או כוח הכבידה לא אחיד יכול לגרום למסלול לריקבון.

« « « התעלות ממפה והימנעות מהסיכוי

לפני ניסיון נחיתה, החללית חייבת למפות ביסודיות את התכונות של הפצת ההמונים של האסטרואיד ואת פני השטח.זה נעשה על ידי מדידת שינויים דופלר קטנים כמו מסלול החללית - שינויים אלה חושפים וריאציות בכובד ראש.על הסיפון Lidar ומצלמות לבנות מודל שטח דיגיטלי.לדוגמה, OSIRIS-REx יצרה מפת דרכים גבוהה של שדה ה-Bulernbuln של Bennu's ataar כדי לזהות תמונות בטוחות של נאס"ל: FIRx.

נחיתה על האסטרואיד: The Final Descent

נחיתה היא השלב הקריטי ביותר.כי כוח הכבידה של האסטרואיד אינו יכול לספק כוח מתפתל טבעי, החללית חייבת לשלוט באופן פעיל בירידה שלה באמצעות דחפורים.הגישה היא לעתים קרובות ירידה אנכית מתוואי חניה בגובה של כמה מאות מטרים. החללית מיישרת את עצמה עם נקודת היעד ואשים דחףים כדי לבטל כל סחף מאוחר יותר באותו הזמן, זה חייב להתאים את אסטרואידים להתפרצות מאוחרת יותר.

Touch-and-Go (TAG) שיטת ה-Sampling

משימות אסטרואיד רבות אינן מנסות נחיתה מסורתית אלא תמרון "מגע-ונגו" (TAG). החללית יוצרת קשר קצר אל פני השטח כדי לאסוף מדגם, ואז מייד יורה דחףים כדי להתרחק.טכניקה זו מונעת את הצורך לעגן או לאזן על פני השטח. במהלך TAG, החללית משתמשת לייזר אלטר כדי לקבוע גובה וטר כוכבים כדי לשמור על מהירות הירידה נשלטת בקפידה על ידי פחות ס"מ / בטוח רצף של 10 שעות.

עקבו אחרי Throttling and Attitude control

הדחפורים המשמשים לנטייה מותקפים בהתפרצויות קצרות כדי להסדיר את פרופיל הירידה. גלגלי התגובה לשמור על יציבות של שלוש צירים, בעוד שדחפורים מספקים את הכוחות האנכיים והמאוחרים הדרושים. כי החללית נמצאת בסביבה אפס-ג, כל צריח מכוער שלא כהלכה יכול לשלוח אותה לדלפק. מערכות בקרה חייבות להגיב במהירות, תוך שימוש על גבי מד תאוצה וגירוסקופים כדי השגת מסלול בטוח של פולומטר אחד בלבד.

אתגרים וחדשנות ב Precision Landing

נחיתה על אסטרואיד מציגה אתגרים רבים המרחיבים את גבולות מכניקת החלל ואוטונומיה חללית.המכשולים העיקריים כוללים:

כדי להתגבר על אלה, מהנדסים פיתחו הדרכה מתקדמת, ניווט ובקרה (GNC) אלגוריתמים המשתמשים בדאומטריה חזותית, לידר וחיישנים לשמש. למידת מכונה נחקר גם כדי לחזות אתרי נחיתה בטוחים מדמיון מקיף.המשימה של סוכנות החלל האירופית, לדוגמה, תבחן ניווט אוטונומי סביב אסטרואיד בינארי דינמו.

כיוונים עתידיים: נחיתה אוטונומית על גופים נוספים

הצלחתו של הייאבוזה2 ו-OSIRIS-REx סללה את הדרך למשימות שאפתניות יותר.בדיקות אסטרואיד עתידיות יכוונו לגופים מרוחקים וקטנים יותר, שם המכניקה המקיפה עוד יותר.הנעה חשמלית נמוכה-נמוכת תאפשר לחלליות לעצב מחדש את מסלוליהן עם דיוק עדין.בנוסף, משימות חפות - חלליות קטנות - יכולות להקיף אסטרואיד ומופעמות, כמו גם את עקרונות התכנון הסולאריים, כמו גם את מערכות השמש, כמו גם את מערכות החלל הניווט, שעדיין יכולות להמשיך את החלל.

לסיכום, נחיתה מדויקת על אסטרואידים מושגת באמצעות שילוב עמוק של מכניקה מסלולית, הדרכה אוטונומית ותכנון מסלול זהיר.מכיוון ההעברה הראשוני אל מסלול המגע הסופי-נגו, כל תמרון חייב להיות מחושב בתוך סביבה כבידה המציעה לא שולי בטיחות.התוצאה היא עדות לכושר ההתחדשות האנושי - חללית שמש בעדינות על עולם שנטש את מערכת השמש במשך מיליארדי שנים.