类别: 火星任务技术

让火星的旅行更便宜,更轻松:弹道捕获的案例

当向火星发送航天器时,目前的,首选方法涉及以全速拍摄航天器,然后执行一旦船足够慢,以便将其放慢速度并将其带入轨道。

被称为“Hohmann转移”方法,已知这种类型的机动是有效的。但它也非常昂贵,并且非常依赖于时机。因此,为什么建议一个新的想法,这将涉及将航天器派出在火星的轨道路径之前,然后等待火星来通过并舀起来。

这就是所谓的“弹道捕获”,是米兰大学博物馆和爱德华·贝尔布鲁诺的弗朗切斯科·贝格鲁诺教授提出的新技术,普林斯顿大学访问与美国宇航局射流推进实验室的前议员。

在他们的研究论文中发表在 arxiv天体物理学 10月下旬,他们概述了这种方法与传统方式的好处。除削减燃料成本外,弹道捕获还将在发射窗户时提供一些灵活性。

Maven在地球上发起了Hohmann转移轨道’S轨道和火星轨道距离的轨道和apopsis。信用:美国宇航局

目前,地球和火星之间的发射仅限于两颗行星之间的旋转的时间。想念这个窗口,你必须再等26个月才能获得一个新的几个月。

与此同时,将火箭送入太空,通过巨大的墨西哥湾分开地球和火星的轨道,然后在相反的方向上发射推进器放慢速度,需要大量的燃料。这反过来意味着,航天器负责运输卫星,流浪者和(一天)宇航员的宇航员需要更大,更复杂,因此更昂贵。

正如贝尔布鲁诺通过电子邮件告诉宇宙:“这类新的转移非常有希望为将来的Mars任务提供新的方法,这些方法应该降低成本和风险。这类新的转移应该适用于所有地球。这应该为特派团提供各种各样的新可能性。“

贝尔布鲁诺首次提出了这个想法,而他为JPL工作,在那里他试图提出低能量轨迹的数值模型。他说:“我第一次在1986年初开始在一个名为LGAS(Lunar逃离特别)的JPL学习时出现了弹道捕获的想法,”他说。 “这项研究涉及在月球周围的轨道上放置一个微小的100公斤太阳能航天器,这是从航天飞机上逃离特殊罐的首次喷射。”

The Hiten spacecraft, built by the Institute of Space and Astronautical Science of Japan, was Japan’第一个月球探针。信贷:JAXA

LGA的考验并不是一个响亮的成功,因为它将是在到月球之前的两年。但是,在1990年,当日本希望拯救失败的月球轨道,Hiten,他提交了迅速纳入任务的弹道捕获尝试的提案。

“这一场飞行的时间是5个月,”他说。 “它已成功地在1991年播放到月球上。”从那时起,LGAS设计已被用于其他农历任务,包括2004年的ESA的Smart-1任务,2011年的美国宇航局的Grail任务。

但它在未来的任务中,这涉及更大的距离和燃料支出,贝尔布鲁诺感觉最有利于这种方法。不幸的是,这个想法遇到了一些阻力,因为没有任务似乎很适合该技术。

“曾经自1991年以来,当日本的青色使用新的弹道捕获转移到月球时,有人认为,由于火星更长的距离和太阳的高轨道速度,因此无法找到一个用于火星的有用。但是,我能够在2014年初与我的同事Francesco Topputo找到一个。“

印度的火星轨道特派团(MOM)是HOHMANN转移方法最成功的例子之一。荣誉:伊斯罗根

授予,新方法有一些缺点。对于一个,在火星的轨道路径之前发出的航天器将需要更长的时间来进入轨道,而不是一个速度,以便自我减慢建立轨道。

此外,HOHMANN转移方法是一个时间测试和可靠的方法。当火星轨道特派团(妈妈)在红星周围制作了历史轨道时,这一机动的最成功应用中最成功的应用之一。这不仅构成了亚洲国家第一次到达火星,也是第一次在第一次尝试时第一次实现火星轨道。

尽管如此,对当前送达工艺的方法的可能性,在美国宇航局兴奋地带人员。正如詹姆斯格林一样,美国宇航局的行星科学部门主任在接受采访时表示 科学的美国人:“这是一个醒目者。这[弹道捕获技术]不仅可以在这里应用于它的机器人末端,而且可以在这里申请人类勘探结束。“

如果即将到来的火星或外部太阳系的特派团,并且更快地进行更快的预算,请不要感到惊讶。

进一步阅读: arxiv天体物理学

马特威廉姆斯

马特威廉姆斯是宇宙今天的空间指南的策展人。他也是一个自由作家,一个科幻作者和跆拳道教师。他和他的家人一起在美丽的不列颠哥伦比亚省的温哥华岛上生活。

查看评论

  • 看到这种新方法与像这样的Hohmann转移轨道形成对比。本文意味着整体转移方法基本上不同,而且比HOHMANN转移更加燃料,而不是这种情况。新方法的描述“这将涉及将航天器发送到火星的轨道路径,然后等待火星以上并舀起来”同样适用于Hohmann转移。另外,HOHMANN转移代表了两个行星之间的最低可能的DELTA-V。从我可以了解这篇文章的情况下,这种方法侧重于微调将捕获Δ-v切割成某些高轨道的方法。然而,注射烧伤仍然类似于Hohmann转移,并且从我所能理解的情况,它仍然没有向表面或低轨道提供Δ-V节省。它看起来像巧妙的方式削减燃料并为高轨道扩展发射窗口,但不是我们如何进入火星的革命。

    • HOHMANN转移轨道*不是*最低可能的能量转移轨道。有许多(几乎无数)的其他转移轨道是较低的能量。 Hohmann轨道实际上是较高的能量转移轨道之一。

      Hohmann轨道是最低的能量***直接***传输轨道。然而,这种“新”轨道导致燃料减少约25%(或者如果这是您想去的方式),并且也是直接转移轨道。但是,它比Hohman转移轨道慢一点。

      这是简单的原因:在Hohmann转移轨道上,你拍摄地球将在哪里拍摄,然后赶上它。你必须比行星更快,以便赶上它,所以你必须在你到达那里时会消耗燃料减慢。一旦你足够减速,你就被行星的重力捕获了一个椭圆形轨道的椭圆形轨道(普林斯人?)。如果您有足够的燃料留在储备中,您可以根据需要循环和降低轨道。一些探针,如印度的妈妈探针,由于高燃料要求,不要打扰最后一步。然而,他们不能从他们的高度高度椭圆轨道上做出多种科学。

      “新”(实际上旧的三十年,但从不申请到火星)的方法有点不同。而不是瞄准地球将在哪里,然后比行星赶紧爆破它(就像你用直接转移轨道),你相反,你的目标是前面的地方,永远所以比行星稍微慢,等待它赶上你。因为你的速度略微慢于地球的速度慢,所以你远离地球的“吊篮”。但是,如果你这样做* Juuuuust *对,你只会收到足够的速度提升,以踢你在地球周围的轨道。与Hohmann转移轨道不同,在接近和捕获期间没有燃料。您仍然必须降低和循环您的轨道(由于您发现自己的Wonkier轨道,这实际上需要更多的燃料),但您仍然是*方式*比Hohmann Transfer Orbit更好地完成。

      不足之处?至少需要至少8个月的时间才能进入火星轨道,而与Hohmann Orbit相反,您也丢失了自由返回的可能性。但是,对于给定的有效载荷,您可以使用25%的燃料,因此您可以节省金钱,或者为相同数量的金额发出更多有效载荷:)。

      • Gopher65:我很感激更详细的描述这种方法,但我必须不同意你对Hohmann转移的描述:在一个标准的Hohmann转移到一个比太阳更远的地球,你到达比目标速度慢的集合点行星从后面接近,就像新的方法一样。差异,似乎,在那种方法的细节中,Hohmann转移旨在瞄准地球上的几乎和这种新方法走得更远。然而,这些益处似乎仅限于更远的目标轨道,表2中的表2似乎确认了这一点。本文有很多超出了我,但这是我对它的阅读,如果您认为我误解了他们的结论,请告诉我。

        • 嗯。不确定我和何曼一起在想什么。让我偶尔思考一会儿。

          几点点:

          1)HOHMANN转移轨道到火星的最大优势之一是,如果您在接近地球时未能减速,您最终会出现“自由回报”到地球。这对于无动力(或低功率)中止而言。然而,Hohmann转移轨道的最大弱点之一是您需要射击推动者在地球上放慢速度:p。这不仅为使命增加了复杂性(它增加了另一个潜在的故障点),而且它增加了所需的燃油储备。

          2)“新”方法实际上是最初开发的用于去月球。由于某种原因,他们难以制定它如何与任何其他对象合作的数学,因此它从未用于任何以低能量的月球传输。它是“新”的原因是他们弄清楚了如何使它与Luna以外的机构合作。

  • 对贝尔布鲁诺和Hiten任务的参考表明这真的是一种行星际运输网络机动,见: http://en.wikipedia.org/wiki/Low-energy_transfer.

    这个想法在概念中几乎没有革命性,尽管它与Hohmann转移进行了鲜明对比,但在更加燃料的效率,但是要达到更长的时间来实现(如几年,如果不是数十年,那么更长)。似乎是载人任务的不太可能选择。

  • GOLPHER65,您的评论,“......您也丢失了自由返回的可能性。”使HOHMANN转移轨道在两个转移轨道上更具吸引力。说你要去那里,3/4进入特派团的方式,行星尘暴爆发,裁定了已知的大气进入和着陆选择。你留在火星周围的轨道吗?在使命损害之前,您可以等多长时间易受挥发性消耗损害?

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