Временная орбита, используемая при запуске космического корабля
Орбита парковки — это временная орбита, используемая во время запуска космического корабля . Ракета-носитель следует по траектории к орбите парковки, затем некоторое время движется по инерции, затем двигатели снова включаются, чтобы выйти на конечную желаемую траекторию.
Альтернативная траектория, которая используется в некоторых миссиях, — это прямой впрыск , когда ракета непрерывно работает (за исключением ступеней) до тех пор, пока не израсходуется топливо, заканчивая полезной нагрузкой на конечной траектории . Этот метод был впервые использован советской миссией Венера-1 на Венеру в 1961 году .
Причины использования
Геостационарный космический аппарат
Геостационарным космическим аппаратам требуется орбита в плоскости экватора. Чтобы попасть туда, требуется геостационарная переходная орбита с апогеем прямо над экватором. Если только место запуска не находится достаточно близко к экватору, для запуска космического аппарата непосредственно на такую орбиту требуется непрактично большое количество топлива. Вместо этого аппарат размещается с верхней ступенью на наклонной парковочной орбите. Когда аппарат пересекает экватор, верхняя ступень запускается, чтобы поднять апогей космического аппарата на геостационарную высоту (и часто также уменьшить наклонение переходной орбиты). Наконец, требуется круговое включение, чтобы поднять перигей на ту же высоту и устранить любое оставшееся наклонение. [1]
Транслунный или межпланетный космический корабль
Орбита парковки для одной из ранних миссий Ranger на Луну. Обратите внимание, что угол запуска меняется в зависимости от времени запуска в пределах окна запуска.
Чтобы достичь Луны или планеты в желаемое время, космический корабль должен быть запущен в ограниченном диапазоне времени, известном как окно запуска . Использование предварительной парковочной орбиты перед окончательным выводом на орбиту может расширить это окно с секунд или минут до нескольких часов. [2] [3] Для пилотируемых лунных миссий программы «Аполлон » парковочная орбита давала время для проверки космического корабля, пока он еще находится недалеко от дома, перед совершением лунного путешествия. [3]
Проблемы дизайна
Использование парковочной орбиты может привести к ряду технических проблем. Например, в ходе разработки верхней ступени Centaur были отмечены и должны были быть решены следующие проблемы: [4]
Инжекционное горение происходит в условиях невесомости .
Если для окончательного выведения используется та же верхняя ступень, которая выполняет выведение на парковочную орбиту, потребуется повторно запускаемый жидкостный ракетный двигатель.
Во время движения по орбите парковки топливо будет уходить со дна бака и впускных отверстий насоса. Это должно быть решено с помощью диафрагм бака или ракет-носителей для оседания 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 движения по инерции.
Криогенное топливо необходимо хранить в хорошо изолированных резервуарах, чтобы предотвратить чрезмерное испарение во время плавания.
Заряда аккумуляторной батареи и других расходных материалов должно быть достаточно для длительности стоянки и окончательного впрыска.
Программа «Аполлон» использовала парковочные орбиты по всем причинам, указанным выше, за исключением тех, которые относятся к геостационарным орбитам. [7] [8]
Когда орбитальный корабль «Спейс Шаттл» запускал межпланетные зонды, такие как «Галилео» , он использовал парковочную орбиту для доставки зонда в нужную точку ввода. [9]
Ariane 5 обычно не использует парковочные орбиты. [10] Это упрощает пусковую установку, поскольку не требуется многократный перезапуск, а штраф невелик для их типичной миссии GTO , поскольку их стартовая площадка находится близко к экватору. Менее часто используемая вторая ступень, Ariane-5ES, имеет возможность многократных перезапусков и использовалась для таких миссий, как Automated Transfer Vehicle (ATV), которые используют парковочные орбиты. [11] Верхняя ступень Ariane 6 поддерживает многократные перезапуски и может использоваться в миссиях, которые требуют парковочных орбит.
В буквальном примере парковочной орбиты, автоматизированный транспортный корабль мог бы оставаться на орбите в течение нескольких месяцев, ожидая встречи с Международной космической станцией . По соображениям безопасности, ATV не мог приближаться к станции, пока был пристыкован космический челнок или когда Союз или Прогресс маневрировали для стыковки или вылета. [12]
Ссылки
^ Чарльз Д. Браун (1998). Проектирование миссии космического корабля. AIAA. стр. 83. ISBN 978-1-60086-115-4.
^ «Укрощение жидкого водорода: верхняя ступень ракеты Centaur 1958-2002» (PDF) . NASA.
^ Кривецкий, А.; Бауэр, WH; Лоукс, HL; Падлог, Дж. и Робинсон, Дж. В. (1962). Исследования методов вытеснения в условиях невесомости (PDF) (Технический отчет). Центр технической информации Министерства обороны. Архивировано (PDF) из оригинала 18 июля 2021 г.
^ «Бриз-М: рабочая лошадка России в области космических перевозок».
^ «Окно запуска посадки Аполлона на Луну: контролирующие факторы и ограничения». NASA.
^ "Apollo Flight Journal - Apollo 8, Day 1: Earth Orbit and Translunar Injection". NASA. Архивировано из оригинала 2008-02-18.
