低能量转移

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利用低能量转移去往月球的示例
   GRAIL-A ·   月球 ·   地球

外层空间中的航天器通过低能量转移轨道可以使用很少的燃料就改变轨道[1][2]这一轨道也被称为弱稳定性边界轨道,或弹道捕获英语ballistic capture轨道。这些特殊的轨道不仅在地月系可行,在其他卫星系统英语Satellite system (astronomy)中也可行,例如在木星的卫星之间,有时被总称为星际转移网络英语Interplanetary Transport Network

采用低能量转移轨道的优点是可以用很小的速度增量穿越很长的距离[3],缺点是相比采用像霍曼转移轨道这种高能量的(即需要更多燃料的)转移轨道,需要更长的时间[4]

任务[编辑]

1991年,日本的探月飞船飞天号首次执行了低能量转移,不过其最初设计目标是飞越月球,而不是入轨。飞天号在第一次飞越月球时释放了羽衣号(日语:はごろも Hagoromo)小型轨道飞行器,它也许成功进入了绕月轨道,但遭遇了通信故障。喷气推进实验室爱德华·贝尔布鲁诺英语Edward Belbruno与詹姆斯·米勒听闻羽衣号未能成功进入绕月轨道后,贝尔布鲁诺推算出一条航线,协助将飞天号借助弹道捕获的方式进入绕月轨道。[5]这一为飞天号提供的方案基于弱稳定性边界理论,只需太空船本身推力可以负担的少量扰动,就可以达到转换轨道的目的[1],最终进入暂时的绕月轨道。此过程无需速度增量,不过却需要五个月以上的时间来进入绕月轨道,而如若利用霍曼转移轨道只需要数天的时间[4]

已完成的执行低能量转移的任务[编辑]

正在进行的执行低能量转移的任务[编辑]

计划中的执行低能量转移的任务[编辑]

优点[编辑]

节省速度增量[编辑]

近地轨道绕月轨道转移的航天器在使用传统的霍曼转移轨道进行地月转移时需要在近月时燃烧燃料以刹车制动,而利用低能量转移则可节省近25%的速度增量并使有效载荷量翻倍。[3]对从近火星环绕轨道前往火星卫星的航天器来说,采用此轨道去往火卫一可以节省12%的速度增量,去往火卫二可节省20%。[10]

较大变轨机动无需在到达目标附近时进行[编辑]

从近地轨道出发的航天器通过罗伯特·法夸尔(Robert Farquhar)描述的轨道实现地月转移需要花费9天,并需要3.5km/s的速度增量,[11]而若利用低能量转移轨道实现地月转移则需要3.1km/s的速度增量,仅节省了不超过0.4km/s的速度增量。然而,运行在低能量转移轨道上的航天器在离开近地轨道后,不需要进行较大的变轨机动就可以进入目的天体的轨道。因此,若航天器配备的火箭上面级仅有有限的发动机重启能力和轨道保持能力,使用此轨道在实际的航天任务中更有优势。[12]

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Belbruno, Edward. Capture Dynamics and Chaotic Motions in CelestialMechanics: With Applications to the Construction of Low Energy Transfers. 普林斯顿大学出版社. 2004: 224 [2020-05-09]. ISBN 978-0-691-09480-9. (原始内容存档于2019-06-01) (英语). 
  2. ^ Belbruno, Edward. Fly Me to the Moon: An Insider's Guide to the New Science of Space Travel. 普林斯顿大学出版社. 2007: 176. ISBN 978-0-691-12822-1 (英语). 
  3. ^ 3.0 3.1 Edward A. Belbruno & John P. Carrico. Calculation of Weak Stability Boundary Ballistic Lunar Transfer Trajectories (PDF). AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference. 2000 [2020-05-09]. (原始内容存档 (PDF)于2008-11-20) (英语). 
  4. ^ 4.0 4.1 Frank, Adam. Gravity's Rim. 发现. September 1994 [2020-05-09]. (原始内容存档于2019-10-22) (英语). 
  5. ^ Foust, Jeff. From chaos, a new order. 太空评论英语The Space Review. March 6, 2006 [2012-03-03]. (原始内容存档于2012-03-10) (英语). 
  6. ^ Interplanetary Superhighway Makes Space Travel Simpler页面存档备份,存于互联网档案馆) // NASA 07.17.02: "Lo conceived the theory of the Interplanetary Superhighway. Lo and his colleagues have turned the underlying mathematics of the Interplanetary Superhighway into a tool for mission design called "LTool," ... The new LTool was used by JPL engineers to redesign the flight path for the Genesis mission"
  7. ^ GRAIL Design at MIT Website. [2012-01-22]. (原始内容存档于2012-01-26) (英语). 
  8. ^ Spaceflight101 GRAIL Mission Design. [2012-01-22]. (原始内容存档于2012-07-19) (英语). 
  9. ^ BepiColombo overview. www.esa.int. [2019-12-03]. (原始内容存档于2019-12-03) (英语). 
  10. ^ A. L. Genova; S. V. Weston & L. J. Simurda. Human & robotic mission applications of low-energy transffers to Phobos & Deimos (PDF). 2011 [2020-05-09]. (原始内容 (PDF)存档于2012-04-25) (英语). 
  11. ^ NASA. NASA TN D-6365 (pdf). (原始内容存档 (PDF)于2016-06-11) (英语). 
  12. ^ Parker, Jeffrey; Anderson, Rodney. Low-Energy Lunar Trajectory Design. : 24 (英语). 

外部链接[编辑]