Manevra orbitală

Se numește manevră orbitală a unui satelit sau mai general a unei sonde , schimbarea orbitală sau de atitudine necesară pentru îndeplinirea misiunii.

Pentru a îndeplini o misiune, o navă spațială trebuie să fie capabilă să atingă sau să mențină o anumită orbită operațională și o orientare bine definită cu privire la o referință inerțială . Motivele pentru care aceste manevre sunt indispensabile sunt atât necesitatea de a contracara acțiuni deranjante, cum ar fi forța aerodinamică sau influența Lunii asupra mișcării sondei, cât și revoluția orbitală în sine, precum și realizarea orbitei de funcționare a sondei începând de la orbita clasică de parcare. Alte cazuri tipice în care este esențial să acționăm cu manevre orbitale sunt atunci când doi sateliți trebuie să practice o întâlnire (adică o întâlnire în spațiu ) sau să controleze faza de reintrare a unui vehicul cu oameni sau experimente la bord.

Clasificare largă

În general, pot fi definite două categorii:

manevre orbitale clasice (impulsive), cum ar fi manevrele Hohmann , manevrele de schimbare a planului orbital, manevrele bi-eliptice biangulare , corecția factorului de putere și manevrele multi-impuls;
Manevre neimpulsive , în care împingeri mici produse de motoarele electrice sau ionice determină variația orbitei în timpuri neinfinitimale;
Manevrele de corectare a atitudinii , pentru a menține orientarea sondei în raport cu o referință considerată inerțială (Soare sau stele fixe). Ca o consecință a perturbărilor, traiectoria sondei (precum și a unui satelit natural) nu este o conică perfectă sau nu urmează o orbită numită Keplerian și trebuie corectată în mod regulat.

Manevre orbitale impulsive

Fiind manevrele clasice ale manevrelor impulsive , unde variația mișcării are loc pentru variații finite de viteză ( $\Delta \mathbf {v}$ ${\ displaystyle \ Delta \ mathbf {v}}$ ${\ displaystyle \ Delta \ mathbf {v}}$ ), într-un timp infinitesimal, apare o clasificare suplimentară în ceea ce privește numărul de impulsuri din care este constituită manevra.

Manevre cu un singur impuls, cum ar fi ridicarea apogeului sau schimbarea planului orbital , caracterizate printr-o singură variație de viteză;
Manevre cu două impulsuri, cum ar fi transferul Hohmann , caracterizate prin două variații de viteză;
Manevre cu trei impulsuri, cum ar fi transferul bitangent bi-eliptic , caracterizate prin trei variații de viteză impulsive;
Manevre cu n impulsuri.

De asemenea, disting:

Manevre confocale : în manevrele confocale atât orbita inițială, cât și orbita de transfer sunt conice care au același accent (atractiv masiv);
Manevre coplanare : atât orbita inițială, cât și cea de transfer aparțin aceluiași plan orbital. Cu alte cuvinte, împărtășesc aceeași direcție și aceeași direcție a momentului unghiular orbital specific ;
Manevre non-coplanare : sunt caracterizate prin conici care aparțin unor planuri orbitale diferite (adică orbite cu înclinație diferită). Acestea din urmă sunt foarte scumpe din punct de vedere al maselor de combustibil, dar sunt necesare datorită înclinației diferite, de regulă, a orbitelor de parcare și a orbitelor de funcționare;
Manevre tangente , în care orbita (orbitele) de transfer este tangentă la orbita finală și / sau inițială, în două sau mai multe puncte (apsides);
Manevre secante atunci când orbita de transfer nu este tangentă la orbita inițială și / sau finală;

Aceste caracteristici sunt perechi care se exclud reciproc, în sensul că pot exista, de exemplu, manevre confocale, coplanare și tangente (cum ar fi transferul către Hohmann ), manevre confocale, coplanare și secante și manevre confocale non-coplanare (cum ar fi schimbul de manevre de plan orbital ).

Costul manevrelor orbitale

Analiza costurilor manevrelor orbitale clasice, precum și a corecțiilor de atitudine, se efectuează în termeni de Delta-v , adică modulul variației impulsive a vitezei: din ecuația rachetei Tsiolkovsky este deci posibil să se obțină masa propulsorului de la a utiliza pentru variația mișcării, notați impulsul specific al propulsorului și masa sondei. Costul considerabil al unor manevre (cum ar fi schimbările de plan orbital) face necesare scenarii suplimentare, cum ar fi ajutorul gravitațional al corpurilor masive, cum ar fi efectul de slinghot , cunoscut sub numele de "asistență gravitațională", sau chiar interacțiunea cu atmosfera planeta „asistentă” (asistență aerogravitațională).

Prin urmare, pentru o lungă succesiune de $Nu.$ ${\ displaystyle N}$ $Nu.$ manevre impulsive, a

$\|\Delta \mathbf {v_{tot}} \|\ =\|\Delta \mathbf {v_{1}} \|\ +\|\Delta \mathbf {v_{2}} \|\ +...+\|\Delta \mathbf {v_{N}} \|\$ ${\ displaystyle \ | \ Delta \ mathbf {v_ {tot}} \ | \ = \ | \ Delta \ mathbf {v_ {1}} \ | \ + \ | \ Delta \ mathbf {v_ {2}} \ | \ + ... + \ | \ Delta \ mathbf {v_ {N}} \ | \}$ ${\ displaystyle \ | \ Delta \ mathbf {v_ {tot}} \ | \ = \ | \ Delta \ mathbf {v_ {1}} \ | \ + \ | \ Delta \ mathbf {v_ {2}} \ | \ + ... + \ | \ Delta \ mathbf {v_ {N}} \ | \}$

Manevră pentru transfer pe o orbită geostaționară

Lansarea vehiculelor pentru sateliții a căror orbită finală este foarte aproape de Pământ își lasă deseori sarcina utilă aproape pe orbita finală, reducând astfel manevrele necesare pentru a ajunge la traiectoria în care începe viața utilă a satelitului. Dimpotrivă, pentru orbitele geostaționare sau interplanetare , operațiunile de poziționare prin satelit au loc în diferite etape succesive. De exemplu, în cazul orbitei geo-staționare, satelitul este mai întâi introdus într-o orbită de transfer geo-staționar (orbită de transfer geo-staționar sau GTO) cu apogeu în apropiere de înălțimea finală a oribitei și perigeul de aproximativ 200 km. Orbita este apoi circulară treptat cu una sau mai multe (de obicei 3) fotografii ale motorului apogeului. Mai mult, deoarece orbita de transfer nu se află pe planul ecuatorial (care, în schimb, este prin definiție planul unei orbite geostaționare ), este necesară și o manevră pentru schimbarea planului orbital, care este, în general, și cel mai scump în ceea ce privește propulsorul necesar . . În cele din urmă, din nou în cazul orbitelor geostaționare, corecțiile sunt frecvente, cel puțin săptămânal, comandate de centrul de control la sol. Frecvența acestor manevre pentru sondele interplanetare este în general mai mică, rezultând manevre de rafinare a orbitei în mijlocul călătoriei care trebuie parcursă și mai mult decât uneori chiar înainte de sosirea la destinație.

Elemente conexe

Controlul autorității	LCCN ( EN ) sh85095313

Portalul astronauticii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronautică