Görev Planlaması'nda Gravity Slingshots Kullanımı Uçak Misyonları

Gravity slingshots, aynı zamanda yerçekimi yardımcıları veya gezegensel uçları olarak da bilinir, modern bir gezegensel görev planlamanın bir temel taşıdır.Görüngesel gezegenlerin çekimlerini ve diğer gök cisimlerini yakın bir şekilde kullanarak, hız kazanabilir ve daha az pervanele uzaktan hedeflere ulaşırsınız, bu manevraların bazılarının insanlığın en hırslı keşifleri etkinleştirmiş olması, Voyager'nın büyük hava gezegenlerinin son zamanlardaki büyük gezisine ulaşmasına neden olur.

Konsept karşılaştırılabilir görünebilir: Bir uzay aracı bir gezegene uçabilir ve uzaya girildiğinde, gezegendeki yörünge değişikliklerinin minimum miktarda ateşlenmeden daha hızlı hareket edebilir.The key is protect of disaster in a planet, it exchangeal energy with the morning of the planet. because the planet's mass is huge relative to the space.

Bir Gravity Slingshot nedir?

Bir yerçekimi çekimi, bir uzay aracının göksel bir bedene yakınlaştığı ve bu hareketi yörünge ve hızı değiştirebilecek bir manevradır. Etkisi, gezegendeki uzayın geri kalanını göz önünde bulundurmak için en iyi şekilde anlaşılmıştır (enerjinin korunması için kullanılan uzay aracının kendisi Güneş merkezli bir referans çerçevesine geri çevrilmesi için, uzay aracının yörüngedeki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hızdaki hıza göre hareket eder).

Bu değişim, momentumun korunması yasası tarafından yönetilir: Gezegen, yaklaşık 13 km /s hızlar, uzay aracının önemli bir hız değişikliği elde ederken, gezegendeki yörünge hızının ve en yakın teleskop yaklaşımına bağlıdır. Örneğin, bir sinek Jüpiter'in uç noktası, bu delta-V'nin maliyetinin neredeyse tamamen ücretsiz olması, bir uzay aracının ikinci kilometreye kadar uzak olması gerekir - tüm delta-V'ye göre hızlanabilir.

Slingshot'ın arkasındaki Fizik

Bir yerçekimi yardımının matematik, gezegenin etkisi altında olan küçük bir segmente dayanıyor (SOI), uzayın yörüngesi hiperbola'nın dönüşüdür: Güneş'in çekimsel etkisi altında olan bir bölüm ve güçlendirici bir ağırlık yardımıyla hız değişiminin önemli bir kısmı:

[0]345V = 2 * V planet * sin( ⁇ /2)).

V planet gezegenin yörünge hızıdır ve ⁇ , hiperbolik yörüngesinin dönüm açısıdır.Hareketin kendisi etki parametresine bağlıdır (gezegendeki asymptote'nin merkezinden gelen perpendicular mesafeye bağlıdır) ve en yakın yaklaşım mesafeyi dikkatlice seçerek, misyon plan planlayıcıları istenen 345V ve yön değişikliğine ulaşabilir.

Uzayın Güneş'ten gelen yörüngede "steal" ivmenin sürekli bir güç duygusunda olmadığını belirtmek önemlidir; bunun yerine, bu fizik ilk olarak 1960'larda, matematikçi Michael Minovitch ve mühendis Gary Flandro ile birlikte, gezegendeki yörüngesinin etrafındaki potansiyelin çok az olduğu konusunda çok az şey düşünülmüş durumdaydı.

Uzay Keşifleri'nde Gravity Slingshots'ın Tarihi

Bir yerçekimi yardımının ilk pratik kullanımı Merkür'e doğru yol bulmaktı: 0,Mariner 10) 1974 yılında Merkür'e görev yaptı. Uzaylılarla karşılaşmadan sonra, uzay aracı Merkür'e doğru yörüngeyi değiştirmek için bir yerçekimi yardımı kullandı.Bu, ilk uçaksız yerçekimi yardımıydı ve bu da tekniğin fizibilitesi oldu.

Voyager misyonları belki de en ünlü örnekleridir.:0)Voyager 1) ve Voyager 2 1977 yılında Jüpiter, Uranus ve Neptün'ün tüm dört dev gezegeni ziyaret etmek için tek bir uzay aracı haline geldi.

Galileo Jüpiter'e (1989-2003) birden fazla yerçekimi yardımcı oldu: önce, Jüpiter'e ulaşmak için bir Venüs uçarak, iki Dünya uçarak ve sonunda Jovian yörüngesine girmeden önce beş tane yerçekimi yardımı aldı: Jüpiter'den iki tanesi, Satürn'e ulaşmada daha fazla bilim aleti taşımaya yardımcı oldu.

Misyon Planlayıcı Tasarım Slingshots

Bir yerçekimi yardımı planlama yüksek boyutlu optimizasyon problemini çözmeli. Misyon tasarımcıları, dünyanın belirli zamanlardaki tüm organların pozisyonları ve konumlarını dikkate almalıdır, istenen son yörüngeyi ve uzay aracının kısıtlamaları (örneğin, güç, ısı sınırları, iletişim pencereleri) tanımlamak için sayısal bir yaklaşım kullanır.

Gravity Assist Design'da Anahtar Parametreleri

  • [FONT:0)Flyby yükseklik): Döndürme açısını ve maksimum 345V. Aşağı yükseklikler daha büyük bir dönüm açısı üretir, ancak atmosfere, radyasyona maruz kalma ve ısıya göre risk getirir. Örneğin, Parker Solar Probe tekrar tekrar tekrar bir kez Venüs'e son derece yakın geçer (yaklaşık 1200 km) Güneş'e kadar hız verir.
  • [B-vector) [B-plane)[B-gece)[B-gezegen)) Bu uçaktaki küçük ayarlamalar, uçlu bir sonuca kadar büyük değişikliklere yol açabilir.
  • [FONT:0]Timing[[Dönetici: Gezegensel ayarlamalar kritiktir. Örneğin, Voyager misyonları bir kez Jüpiter, Satürn, Uranus ve Neptün'ün bir araya gelmesiyle, pencerenin çok daha uzun seyahat süreleri ve daha fazla pervanant gerektirdiğini fark etti.
  • [FONT=0]Delta-V bütçesi[Delta-V bütçesi[DDDDelta-V bütçesi[DDDDelta-V): Her bir yerçekimi, hızdaki bir değişikliği sağlamada yardımcı olur. Misyon planlayıcıları, ağ geçidinden net {{V'yi hesaplamak ve itişimden ne gerekli olacağını karşılaştırmak için.

Birden fazla uç noktanın bir dizi tasarımını tasarlamak için mühendisler kullanır:0) Kommasyon algoritmaları[Dönküm, genetik algoritmalar veya gradient tabanlı yöntemler gibi, bu algoritmaların trajektörleri için arama ve en aza indirmek veya seyahat süresine göre bir yörüngedir.

Gravity Slingshots'ın Faydaları

Yakıt Tasarrufları

En belirgin fayda, Jüpiter gibi birçok tonluk (büyük gezegendeki) yakmanın azaltılmasıdır. Örneğin, her biri yaklaşık 100 kg hipniğe ve küçük yörünge düzeltmelerine yardımcı olabilir, ana ders değişiklikleri için de yardımcı olur.

Hızlı Seyahat Times

Gravity yardımcıları görev süresinden kısa sürede geçebilirler.Onlar olmadan, Dünya'dan Neptün'e doğrudan bir Hohmann transfer 30-40 yıl alır; Voyager 2, Neptün'e 12 yıl boyunca birden fazla taksitle ulaştı. Hızlı seyahat zaman bilim aletleri sert alanda hayatta kalmalı ve daha önce veri geri dönmesine izin verir.

Enabling Kompleksi Trajektörleri

Bazı destinasyonlar doğrudan kanallarını kullanarak ulaşılamaz. Örneğin, Merkür yörüngesine girmek, uzayın yüksek güneş yörünge hızına uymayı gerektirir - önemli bir frenleme manevrası. MESSENGER görevi, Venüs'ten iki ve Merkür'ten üç tanesine göre hızını yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Gravity Assists kullanarak Notable Misyonlar

Voyager 1 ve 2

Voyager misyonları, 1979 yılında Jüpiter tarafından uçtuğu eski çekimlere karşı çıkıyor, Jüpiter'in 16 km/s'in Güneş'e göre yaklaşık 16 km/s'i Satürn'e doğru gönderdi ve başka bir uç hız ekledi ve ekliptik uçaktan uzak durmaya başladı. Voyager 2 aynı Jüpiter'i kullandı ve Satürn'ü uçurdu, ancak sonra Uranus'a (1929) ve Neptün'e kadar her uçarak bir sonraki gezegene ulaşmak için gerekli desteği sağladı.

Yeni Ufuklar

[FONT=0] Yeni Ufuklar[Dönetici:0) Pluto'ya görev, Jüpiter'den 2007'de yaklaşık üç yıl boyunca bir yerçekimi yardımı kullandı ve hızının 14 km / Güneş'e göre yüzde 14'e kadar artmasına izin verdi.

Rosetta Rosetta

Avrupa Uzay Ajansı'nın Rosetta görevi, 67P/Churyumov-Gerasimenko'nun dört yerçekimi yardımının karmaşık bir sırasını kullanması gerekiyordu: Mars'tan üç tanesi ve Mars'tan biri, bu yardımların büyük bir pervaneletici uçağıyla eşleşmesi gerekiyordu.

Juno Juno

NASA'nın Juno misyonu, Jüpiter'e ulaşmak için gerekli olan hızı kazanmak için derin bir uzay manevrası ve bir Dünya yerçekimi yardımı (2013'te flyby) kullandı. Dünya uçarak, uzay aracına 7,7 km/s hız verdi, bunu 2016'da Jüpiter'in etrafındaki son derece eliptik bir yörüngeye eklemek için.

Gravity Slingshots'ın meydan okumaları ve Riskleri

Avantajlarına rağmen, yerçekimi önemli zorluklar ortaya koyar. Navigation hassaslığı şu şekildedir: Bir uzay aracı, ikinci kilometrede hareket eden bir gezegene göre tam bir noktaya kadar hedeflemeli.Soru hataları için küçük bir hata bile.

Başka bir risk radyasyon ortamıdır. Jüpiter'in uçları, özellikle de uzay aracı elektronik zarar verebilecek yoğun radyasyon kemerlerine maruz kalmamıştır. Misyonlar radyasyona dayanıklı ve kalkan kullanmalı, artan kütle ve maliyete sahiptir. Örneğin, Juno uzay aracının elektroniklerini korumak için bir titanyum tonozu vardır ve yörüngesi sert radyasyon bölgelerinden kaçınmalıdır.

Timing kısıtlamaları da yerçekimi yardımı fırsatlarının frekansını sınırlandırır. Gezegensel ayarlamalar belirli aralıklarla meydana gelir; örneğin, Dünya-Venus- Dünya Kanalları yaklaşık iki yıl boyunca kullanılabilir. Misyonlar dar pencerelerde başlamalıdır veya sonraki fırsat için başka bir bekleme süresiz.

Ayrıca, uçarak kendisi yüksek bir performans olabilir. Uzaylı bir gezegeni yıldız pistleri ve optik kameraları gibi, hızlı bir şekilde yeniden programlanabilir olan tutumla güncelleyebilir (duee toplayabilmeli).

Future ve Emerging Gravity Assists'in Kullanımlarını Kullanıyor

Gravity slingshots, önümüzdeki uzay misyonlarına uygun olarak kalır. James Webb Space Teleskobu, Güneş Dünya L2 etrafında bir yarı yörüngeye yerleştirildi; 2023 yılında başlatılan, dört yerçekimi yardımı (Moon, Dünya, en derin uzay araştırmaları hala onlara güvenir.) Avrupa Uzay Ajansının Europa Runer (Juice))[değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir]

Gelecekteki gezegenlere gelecek görevler, potansiyel bir Uranus yörüngesi gibi, Jüpiter ve muhtemelen Satürn'ten çok fazla yerçekimi gerektirecektir. “solar sistemi büyük bir tur” kavramı, gelecekteki uzay aracı için hala uygulanabilir olsa da, araştırmacılar da bunu keşfediyorlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Gravity slingshots, gezegenlerin yörüngesel hareketini kullanarak, aksi takdirde büyük miktarda pervanantrasyonel 10'dan itibaren en kısa sürede elde edilen hız değişikliklerini mümkün kılar.

Mars'tan örnekler geri dönmek için gelecekteki kampanyalara baktığımızda, yörünge Uranus veya heliopause'u keşfedeceğimiz gibi, sadece görev tasarımcısının aracının sanatını takdir etmek isteyen mühendisler için değil, uygulamalarının iyi anlaşılmış olduğunu ve maliyet açısından faydalarını anlamakta faydalarını anlamakta fayda sağlayacaktır.