Lågenergiöverföring

Ett exempel på lågenergiöverföring till månen GRAIL-A · Månen · Jorden

En lågenergiöverföring , eller lågenergibana , är en rutt i rymden som tillåter rymdfarkoster att ändra omloppsbanor genom att använda betydligt mindre bränsle än traditionella överföringar . Dessa rutter fungerar i jord - månsystemet och även i andra system, till exempel mellan Jupiters månar . Nackdelen med sådana banor är att de tar längre tid att genomföra än överföringar med högre energi (mer-bränsle), såsom Hohmann-överföringsbanor .

Lågenergiöverföringar är också kända som Weak Stability Boundary- banor och inkluderar ballistiska fångstbanor .

Lågenergiöverföringar följer speciella vägar i rymden, ibland kallade Interplanetary Transport Network . Genom att följa dessa vägar kan långa sträckor korsas för liten förändring i hastighet, eller delta-v .

Exempel uppdrag

Uppdrag som har använt lågenergiöverföringar inkluderar:

Hiten , från JAXA
SMART-1 , från ESA
Genesis , från NASA .
GRAIL , från NASA .

Pågående uppdrag som är planerade för att använda lågenergiöverföringar inkluderar:

BepiColombo , från ESA / JAXA
CAPSTONE från NASA
Danuri från KARI

Föreslagna uppdrag som använder lågenergiöverföringar inkluderar:

European Student Moon Orbiter (ESMO)
Mars Direct

Historia

Lågenergiöverföringar till månen demonstrerades för första gången 1991 av den japanska rymdfarkosten Hiten , som designades för att svänga av månen men inte gå in i omloppsbana. Hagoromo-subsatelliten släpptes av Hiten vid sin första svängning och kan ha lyckats komma in i månbanan, men drabbades av ett kommunikationsfel.

Edward Belbruno och James Miller från Jet Propulsion Laboratory hade hört talas om misslyckandet och hjälpte till att rädda uppdraget genom att utveckla en ballistisk fångstbana som skulle göra det möjligt för Hiten-huvudsonden att själv gå in i månbanan. Den bana som de utvecklade för Hiten använde Weak Stability Boundary Theory och krävde endast en liten störning av den elliptiska swing-by-banan, tillräckligt liten för att kunna uppnås med rymdfarkostens thrusters. Denna kurs skulle resultera i att sonden fångas in i en tillfällig månbana med noll delta-v , men krävde fem månader istället för de vanliga tre dagarna för en Hohmann-överföring.

Delta-v besparingar

Från låg jordomloppsbana till månbana, närmar sig delta-v- besparingarna 25 % på bränningen som tillämpas efter att ha lämnat låg jordomloppsbana, jämfört med den retrograda bränningen som tillämpas nära månen i den traditionella transmåninjektionen , och möjliggör en fördubbling av nyttolasten .

Robert Farquhar hade beskrivit en 9-dagarsrutt från låg jordbana till månfångst som tar 3,5 km/s. Belbrunos rutter från låg omloppsbana kräver en brännskada på 3,1 km/s för transmåninjektion, en delta- v -besparing på inte mer än 0,4 km/s. De senare kräver dock ingen stor delta- v- förändring efter att ha lämnat låg omloppsbana om jorden, vilket kan ha operativa fördelar om man använder ett övre steg med begränsad omstarts- eller uthållighetsförmåga i omloppsbana, vilket skulle kräva att rymdfarkosten har ett separat huvudframdrivningssystem för fånga.

För möten med marsmånarna är besparingarna 12 % för Phobos och 20 % för Deimos. Rendezvous är ett mål eftersom de stabila pseudobanorna runt Marsmånarna inte spenderar mycket tid inom 10 km från ytan.

Se även

externa länkar