2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки





Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 13:25 


20/08/14
2163
Россия, Москва
Всем здравствуйте.
Заинтересовал такой вопрос, почему так мало/редко используют гравитационные манёвры при запусках аппаратов к другим планетам? Даже однократный проход около Луны даёт приращение скорости порядка 1км/с, а уж если вернуться к Земле и снова доразогнаться - то и 7км/с "даром" лишними совсем не будут.
Могу предположить следующие причины:
1. Используют, но не упоминают в СМИ и в популярной литературе, потому впечатление о редкости ложное.
2. Сложность расчётов.
3. Сложность/редкость нужного сочетания положений планет/спутников.
4. Проблемы с большими перегрузками при пролёте.
5. Велик риск "всё угробить чуть промахнувшись".
6. Слишком много всего крутится у Земли и велик риск с чем-то столкнуться.

Но все эти причины (ну кроме первой понятно) считаю несущественными, особенно для крупных запусков. А именно:
2. Компьютеры резко всё упростили, теперь думаю это не проблема даже для самого аппарата прямо в полёте.
3. Луна вертится тут рядом постоянно и довольно быстро, учитывая что сам манёвр допускает некоторые "вольности" с выходным вектором (пусть и с некоторым падением скорости), то подобрать варианты несложно.
4. Да, это может быть проблемой. Хотя, правильно сориентировав аппарат при пролёте ничего страшного не случится, ведь выводился же он на орбиту с перегрузками.
5. А вот тут, как и для мелких поправок расчётов в 2 можно использовать двигатели коррекции самого аппарата, что резко снизит значимость последствий небольших ошибок и расчётов и выведения.
6. Много крутится на нижних орбитах, если туда не заходить, то разгон конечно будет меньше, но и риск и сложность подбора параметров манёвра меньше. Параметры орбит всех спутников известны, для тех кто запускает аппараты далеко особых трудностей всё учесть не вижу.

Так всё же, насколько часто используют гравитационный разгон (в том числе многократный) в системе Земля-Луна и если редко, то почему?

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 13:39 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


01/09/13
1264
Dmitriy40 в сообщении #1159160 писал(а):
Даже однократный проход около Луны даёт приращение скорости порядка 1км/с, а уж если вернуться к Земле и снова доразогнаться - то и 7км/с "даром" лишними совсем не будут.

Приведите, пожалуйста, конкретный пример такого манёвра.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 13:47 
Модератор
Аватара пользователя


09/05/12
10168
Кронштадт
Именно около Луны при старте с Земли смысла в гравитационном маневре немного: относительная скорость АМС и Луны не может быть большой, а масса у Луны маленькая. А вот ответ на вопрос в его исходной формулировке:
Dmitriy40 в сообщении #1159160 писал(а):
Заинтересовал такой вопрос, почему так мало/редко используют гравитационные манёвры при запусках аппаратов к другим планетам?
вообще говоря, выглядит так: их практически всегда используют. :D Исключением являются разве что полеты к Марсу или Венере, где гравманевр в его классическом понимании просто негде делать.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 13:59 
Заслуженный участник


28/12/12
4176
Dmitriy40 в сообщении #1159160 писал(а):
Заинтересовал такой вопрос, почему так мало/редко используют гравитационные манёвры при запусках аппаратов к другим планетам?

Еще как используют. "Вояджер", "Новые горизонты" - это из того, что на слуху.

Dmitriy40 в сообщении #1159160 писал(а):
Даже однократный проход около Луны даёт приращение скорости порядка 1км/с

Так это надо запускать с Земли против шерсти, теряя уже на старте.

Dmitriy40 в сообщении #1159160 писал(а):
а уж если вернуться к Земле и снова доразогнаться - то и 7км/с "даром" лишними совсем не будут

Чтобы вернуться к Земле и доразогнаться гравитационным маневром, нужно лететь опять же против шерсти, но уже относительно Солнца.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 16:26 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


15/10/08
7392
Рассуждая на пальцах: если аппарат дочухал до луны, то его скорость порядка местной второй космической или выше (что вряд ли). Луна же движется с первой космической. Получаем относительную скорость порядка сорока процентов скорости луны. Эта штука может максимум удвоится при манёвре, так что имеем процентов восемьдесят.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 16:28 


20/08/14
2163
Россия, Москва
Geen в сообщении #1159163 писал(а):
Приведите, пожалуйста, конкретный пример такого манёвра.
Это примерно максимальные цифры (да ещё и из вики), вероятно Вы правы, для их достижения нужны узкие условия. Но пусть даже втрое урежем карася, всё равно в случае Земли добавка заметна. А если получится не один раз обернуться ...

DimaM в сообщении #1159174 писал(а):
Еще как используют. "Вояджер", "Новые горизонты" - это из того, что на слуху.
Это единичные случаи. Да и манёвры однократные (у каждой планеты). Вообще да, полёты к Юпитеру и дальше видимо многие использовали манёвр. Но вот к Марсу летали полсотни раз (цифра из лекций Сурдина, сам не считал), сколько из них предварительно разгонялись у Земли-Луны? Мне кажется далеко не все, даже близко. Хочется узнать почему.

DimaM в сообщении #1159174 писал(а):
против шерсти
Насколько я представляю - можно и сбоку, выигрыш будет меньше, но он будет.

Pphantom в сообщении #1159167 писал(а):
выглядит так: их практически всегда используют.
Спасибо, похоже в этом и ответ, я попался на удочку упрощений, когда обычно рисуют красивый эллипс от орбиты Земли до орбиты скажем Марса и всё. А на самом деле траектория сложнее. Просто тогда и цифры времени полёта надо помнить что весьма и весьма упрощённые (при ограничениях на топливо).

Но вопрос с многократным манёвром около Земли-Луны остался непонятным. Ведь покрутившись несколько раз можно донабрать приличную добавку скорости - что позволит в разы увеличить полезный груз при той же ракете. И ведь многократный разгон ведь был же использован насколько помнится (правда Земля-Луна или Земля-Венера - не помню, поискать надо). Луну при этом использовать для поворота траектории, а Землю - для разгона (и поворота обратно к Луне).
Впрочем, кажется понял: на большой скорости траекторию уже не развернёшь в обратную сторону и больше одного раза (да и то в неоптимальном режиме) разогнаться не удастся, так? Тогда вопрос с Землей-Луной пожалуй закрыт.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 16:48 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


01/09/13
1264
Dmitriy40 в сообщении #1159218 писал(а):
Впрочем, кажется понял: на большой скорости траекторию уже не развернёшь в обратную сторону и больше одного раза (да и то в неоптимальном режиме) разогнаться не удастся, так?

Именно. Пару раз можно только в виде исключения :-) например, полёт к Меркурию

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 17:38 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


31/01/14
6637
Hogtown
Dmitriy40 в сообщении #1159218 писал(а):
прочем, кажется понял: на большой скорости траекторию уже не развернёшь в обратную сторону и больше одного раза (да и то в неоптимальном режиме) разогнаться не удастся, так

Сам не развернешь, но воспользоваться какой нибудь планетой можно

Лет 40? назад была работа, согласно которой в системе двух массивных тел космический корабль (с пренебрежимо малой сравнительно массой) имея сколь угодно малый запас топлива может разогнаться и покинуть систему. Правда это займет очень много времени т.ч. практически неприменимо. Специалисты по теоретической небесной механике эту работу, полагаю, знают.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 18:21 
Аватара пользователя


27/02/12
2073
Dmitriy40 в сообщении #1159160 писал(а):
4. Проблемы с большими перегрузками при пролёте.

Dmitriy40 в сообщении #1159160 писал(а):
4. Да, это может быть проблемой. Хотя, правильно сориентировав аппарат при пролёте ничего страшного не случится, ведь выводился же он на орбиту с перегрузками.

Как раз это не проблема.
В пределах космического аппарата гравитационное поле планеты или спутника практически однородно.
Поэтому о перегрузках говорить не приходится. Они возникают только при работающих реактивных двигателях.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 19:16 


20/08/14
2163
Россия, Москва
miflin
Точно, опять я спутал ускорение с невесомостью.

ToAll.
Спасибо всем, вроде стало понятно что "сам дурак" (в смысле не владею информацией и не разобрался в небесной механике).

(Оффтоп)

Теперь будет интересно когда-нибудь прикинуть сколько десятков лет займёт набор сотни км/с многократным разгоном в системе Земля-Венера(-Марс) ... :facepalm:

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 21:14 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


01/09/13
1264
Dmitriy40 в сообщении #1159272 писал(а):
Теперь будет интересно когда-нибудь прикинуть сколько десятков лет займёт набор сотни км/с многократным разгоном в системе Земля-Венера(-Марс) ...

А почему Вы думаете, что это в принципе возможно?...

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение12.10.2016, 21:32 


20/08/14
2163
Россия, Москва
Может и невозможно, пока не знаю, считать надо - до какой скорости реально повернуть вектор скорости при пролёте у планеты чтобы аппарат вернулся существенно внутрь орбиты, пусть даже с незначительным торможением, типа: ускорился у Земли, пролетел вдогон мимо Марса и развернулся вновь к земной орбите, догнал Землю и снова ускорился (уже в направлении Венеры :mrgreen:). Пока выглядит сложноватым (хотя, в терминах эллиптических орбит может и не так уж сложно) и не настолько интересно. В общем фронт работ тут хотя бы понятен. :-)

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение13.10.2016, 07:04 
Аватара пользователя


29/01/15
326
Pphantom в сообщении #1159167 писал(а):
вообще говоря, выглядит так: их практически всегда используют.


Конечно, естественно... поэтому так долго и летают... Вероятно, автора именно Луна интересует?

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение13.10.2016, 08:44 


20/08/14
2163
Россия, Москва
Degen1103 в сообщении #1159356 писал(а):
Вероятно, автора именно Луна интересует?
Нет, с Луной как раз уже всё понятно, выигрыш не стоит усилий, проще топлива лишнюю тонну залить.
Интересовало кардинальное сокращение сроков перелёта к дальним планетам (Сатурн и далее) при "местном" разгоне в системе Земля-Венера-Марс (ну и Юпитер прихватить по ходу). Плюс разгон для полётов в пояс Койпера и далее. Всё не пилотируемых конечно, автоматов. Причём скорее даже небольшой массы.

PS. Наткнулся на "Левантовский В. И., Механика космического полета в элементарном изложении, 3-е изд., дополненное и переработанное.", старая но подробная, пролистал, куча формул и конкретных примеров траекторий, все данные для расчётов есть, обдумываю.

 Профиль  
                  
 
 Re: Гравитационный маневр для полётов к другим планетам
Сообщение13.10.2016, 09:20 
Аватара пользователя


29/01/15
326
Ну да, это классика жанра :-)
Естественно, межпланетные траектории тщательно оптимизируются, и окна старта ждут годами.
Возможность близкого манёвра у Юпитера осложнена сильной радиацией.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 20 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: Парджеттер, Pphantom, whiterussian, Aer, photon, Jnrty, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group