Временная орбита, используемая при запуске космического корабля
Парковочная орбита — временная орбита, используемая во время запуска космического корабля . Ракета-носитель выходит на парковочную орбиту, затем некоторое время движется по инерции, а затем снова срабатывает, чтобы выйти на конечную желаемую траекторию. Альтернативой стояночной орбите является непосредственный впрыск , при котором ракета стреляет непрерывно (кроме этапа ступени) до тех пор, пока ее топливо не будет исчерпано, что заканчивается выходом полезной нагрузки на конечную траекторию . Этот метод был впервые использован советской миссией «Венера-1» на Венеру в 1961 году .
Причины использования
Геостационарный космический корабль
Геостационарным космическим кораблям требуется орбита в плоскости экватора. Чтобы добраться туда, необходима геостационарная переходная орбита с апогеем непосредственно над экватором. Если только сама космодрома не находится достаточно близко к экватору, то для вывода космического корабля непосредственно на такую орбиту потребуется непрактично большое количество топлива. Вместо этого корабль размещается с разгонным блоком на наклонной стояночной орбите. Когда корабль пересекает экватор, срабатывает верхняя ступень, чтобы поднять апогей космического корабля до геостационарной высоты (и часто также уменьшить наклонение переходной орбиты). Наконец, требуется циркуляризация , чтобы поднять перигей на ту же высоту и устранить оставшийся наклон. [1]
Транслунный или межпланетный космический корабль
Стояночная орбита одной из первых миссий Рейнджеров на Луну. Обратите внимание, что угол запуска варьируется в зависимости от времени запуска в окне запуска.
Чтобы достичь Луны или планеты в желаемое время, космический корабль должен быть запущен в течение ограниченного диапазона времени, известного как окно запуска . Использование предварительной парковочной орбиты перед финальной инъекцией может расширить это окно с секунд или минут до нескольких часов. [2] [3] Для пилотируемых лунных миссий программы «Аполлон» стояночная орбита давала время для проверки космического корабля, находясь еще недалеко от дома, прежде чем отправиться в лунное путешествие. [3]
Проблемы проектирования
Использование парковочной орбиты может привести к ряду технических проблем. Например, при разработке разгонного блока «Кентавр» были отмечены и нуждались в решении следующие проблемы: [4]
Инъекционный ожог происходит в условиях невесомости .
Если для окончательного впрыска используется та же самая верхняя ступень, которая осуществляет выведение на парковочную орбиту, требуется перезапускаемый жидкостный ракетный двигатель.
Во время движения по орбите стоянки топливо будет уходить от дна резервуара и впускных отверстий насоса. Эту проблему необходимо решать за счет использования диафрагм бака или ракет, регулирующих незаполненный объем, для осаждения топлива обратно на дно бака. [5]
Система управления реакцией необходима для правильной ориентации ступени для окончательного сгорания и, возможно, для установления подходящей тепловой ориентации во время выбега.
Криогенное топливо должно храниться в хорошо изолированных резервуарах, чтобы предотвратить чрезмерное выкипание во время движения по инерции.
Срок службы батареи и других расходных материалов должен быть достаточным для продолжительности стоянки и окончательного впрыска.
В программе «Аполлон» использовались парковочные орбиты по всем причинам, упомянутым выше, за исключением тех, которые относятся к геостационарным орбитам. [7] [8]
Когда орбитальный аппарат «Спейс Шаттл» запускал межпланетные зонды, такие как «Галилео» , он использовал парковочную орбиту, чтобы доставить зонд в нужное место инъекции. [9]
Ariane 5 обычно не использует парковочные орбиты. [10] Это упрощает пусковую установку, поскольку не требуется многократный перезапуск, а штраф для их типичной миссии GTO невелик , поскольку их стартовая площадка находится близко к экватору. Менее часто используемая вторая ступень, Ariane-5ES, имеет возможность многократного перезапуска и использовалась для таких миссий, как автоматизированное транспортное средство (ATV), которое использует парковочные орбиты. [11]
В буквальном примере парковочной орбиты квадроцикл может оставаться на орбите на несколько месяцев в ожидании встречи с Международной космической станцией . По соображениям безопасности квадроцикл не мог приближаться к станции, пока космический корабль был пристыкован или когда «Союз» или «Прогресс» маневрировали для стыковки или отлета. [12]
Рекомендации
^ Чарльз Д. Браун (1998). Проектирование миссии космического корабля. АИАА. п. 83. ИСБН 978-1-60086-115-4.
^ Кривецкий, А.; Бауэр, штат Вашингтон; Лукс, ХЛ; Падлог Дж. и Робинсон Дж.В. (1962). Исследование методов изгнания в невесомости (PDF) (Технический отчет). Центр оборонной технической информации. Архивировано (PDF) из оригинала 18 июля 2021 г.
^ "Бриз-М: российский космический буксир".
^ «Окно запуска Аполлона на Луну: контролирующие факторы и ограничения» . НАСА.
^ «Журнал полетов Аполлона - Аполлон-8, день 1: околоземная орбита и транслунная инъекция» . НАСА. Архивировано из оригинала 18 февраля 2008 г.
