tgoop.com/explaining_space/113
Last Update:
Изменение орбиты и орбитальные маневры
Продолжим наше знакомство с орбитальной механикой. Орбита описывается параметрами, которые определяют ее размер, форму и ориентацию в пространстве.
Кроме шести орбитальных параметров, орбиту можно задать в другом виде: вектором скорости и вектором положения в пространстве. Это представление дает подсказку, как поменять орбиту: стоит только получить изменение скорости, как сразу же изменяются орбитальные параметры.
Изменение скорости происходит под воздействием внешних факторов (об этом ниже) и в результате включения двигателя космического корабля.
Чтобы понимать, в какую сторону надо повернуть двигатель, чтобы изменить орбиту нужным нам образом, нам надо ввести систему координат, связанную с вектором орбитальной скорости: ее центр совпадает с центром масс нашего космического аппарата, первая из ее осей сонаправлена с вектором скорости, вторая — перпендикулярна вектору скорости и лежит в плоскости орбиты, третья — перпендикулярна скорости и плоскости орбиты. Разные ориентации относительно этих осей мы будем называть:
⬌ по или против движения;
⤡ радиально внутрь или наружу;
⬍ нормально или антинормально.
Включение двигателя для изменения орбиты называется орбитальным маневром. Орбитальные маневры делятся на две группы: компланарные, которые не изменяют ориентацию плоскости орбиты, и некомпланарные, выполнение которых приводит к повороту орбиты в пространстве.
Составим список того, в какой точке орбиты и в каком направлении выполнять маневры, чтобы изменить определенные параметры орбиты:
1) Компланарные маневры.
☆ Чтобы увеличить высоту апоцентра, надо выполнить маневр по движению в перицентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы увеличить высоту перицентра, надо выполнить маневр по движению в апоцентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы изменить величину аргумента перицентра, надо выполнить маневр радиально внутрь или наружу в перицентре или апоцентре.
2) Некомпланарные маневры.
★ Чтобы изменить наклонение, надо выполнить маневр нормально или антинормально в нисходящем или восходящем узле орбиты.
★ Чтобы изменить долготу восходящего узла, надо выполнить маневр нормально или антинормально в точке орбиты, которая находится выше всего над плоскостью экватора.
3) Смешанные маневры
Чтобы изменить сразу несколько параметров, мы можем выполнять маневр в произвольной точке орбиты (конечно, предварительно рассчитав нужную нам величину и направление включения двигателя).
Выше мы упоминали, что скорость на орбите может меняться под действием внешних факторов или возмущений. К ним относятся:
◆ нецентральность поля тяготения основного притягивающего тела (отличие формы от шарообразной, неравномерное распределение масс внутри);
◆ влияние притяжения других тел (Солнца, Луны, планет);
◆ трение об атмосферу (заметно для околоземных орбит высотой ниже 1000 км);
◆ давление солнечного ветра.
Наличие этих возмущений позволяет «бесплатно» изменять некоторые параметры орбиты. Например, за счет взаимодействия спутника с нецентральным полем тяготения Земли на полярной орбите с наклонением ~97°, плоскость этой орбиты поворачивается так, что за год делает полный оборот на 360°. Такая орбита называется солнечно-синхронной, и спутник на ней может все время видеть под собой освещенную поверхность, а его солнечные батареи — всегда получать заряд.
Торможение об атмосферу может использоваться для целенаправленного снижения высоты орбиты, и это очень значимая возможность для межпланетных миссий. По-английски это называется «аэробрейкинг» и успешно применяется в миссиях к Венере (например «Венера-экспресс») и Марсу (Trace Gas Orbiter миссии «ЭкзоМарс»).
Наиболее интересный потенциал у использования давления солнечного ветра (потока заряженных частиц) для изменения орбиты — этот принцип лежит в основе работы солнечного паруса.
#орбитальнаямеханика
BY Объясняем просто: космос
Share with your friend now:
tgoop.com/explaining_space/113