Nízká referenční oběžná dráha

Nízká referenční dráha ( LEO ) je dočasná dráha, jedna ze středních drah. První střední oběžná dráha. Dráha, na kterou se dostane hlavní jednotka nosné rakety po dokončení hlavní části aktivní fáze startu kosmické lodi.

V obecném případě se má za to, že kosmická loď je na referenční oběžné dráze, pokud se pohybuje první kosmickou rychlostí a je ve výšce, kde odpovídající hustota horní atmosféry v první aproximaci umožňuje kruhový nebo eliptický pohyb [ 1] . Taková kombinace je odborným jazykem popsána jako „doba balistické existence přesahuje dobu jednoho tahu“.

Výška referenční dráhy závisí na letovém úkolu, konstrukci nosné rakety, hmotnosti kosmické lodi a dalších faktorech, nejčastěji se však jedná o 150–250 km.

Je legitimní nazývat oběžnou dráhu „referenční“, pokud se má výrazně změnit – zvýšení výšky nebo změna sklonu . Pokud letová mise nezajišťuje manévry ke změně oběžné dráhy (když nosná raketa dopraví kosmickou loď okamžitě k cíli a pracuje na oběžné dráze v jednom souvislém aktivním letovém segmentu), pak termín „referenční dráha“ nemá pro takový let význam. mise a nepoužívá se.

Terminologie

V anglické literatuře se podobný termín používá parking orbit, který se často přímo překládá jako „parking orbit“ nebo „waiting orbit“.

Historie

Koncept „referenční oběžné dráhy“ se začal používat se zahájením startů čtyřstupňové rakety Molniya , jejíž čtvrtý stupeň ( Blok L ) byl v podstatě horním stupněm a byl vypuštěn v nulové gravitaci po dokončení přibližně 3/4 revoluce kolem Země, jak je požadováno pro meziplanetární a lunární AMS.

Etapy vypuštění kosmické lodi na cílovou (pracovní) oběžnou dráhu

Obecně nejběžnější případ vypuštění kosmické lodi na cílovou (pracovní) oběžnou dráhu sestává z následujících kroků:

1. Provoz prvních stupňů nosné rakety a start hlavní jednotky na referenční oběžnou dráhu. ( Aktivní úsek letu , činnost hlavních motorů nosné rakety). To je často označováno jako „hoďte kosmickou loď na oběžnou dráhu“ nebo „hoďte kosmickou loď na oběžnou dráhu“ (myšleno přesně na referenční dráhu). V některých případech, v závislosti na konstrukci nosné rakety a letovém úkolu, nosná raketa vynese hlavní jednotku pouze na balistickou trajektorii a hlavní jednotka provede další zrychlení, aby umístila kosmickou loď na referenční oběžnou dráhu.
2. Volný let hlavní jednotky po referenční dráze. (Pasivní režim, podpůrné motory jsou vypnuté. V případě potřeby však lze zapnout motory orientace a rotace kosmické lodi.)
3. Jednoduché nebo vícenásobné zapnutí pohonných motorů hlavového (orbitálního) bloku kosmické lodi. Přemístění hlavové (orbitální) jednotky na jednu nebo více mezioběžných drah: změna výšky oběžné dráhy, fázování oběžné dráhy atd. - dokud kosmická loď nedosáhne cílové (pracovní) oběžné dráhy, s danými parametry výšky, sklonu, kruhového nebo eliptického tvaru atd. (Aktivní režim pohonných motorů hlavní jednotky kosmické lodi)
4. Orientace kosmické lodi na cílové oběžné dráze pomocí polohových trysek: rotace samotné kosmické lodi, antén, solárních panelů, přístrojů atd. Startování kosmické lodi k dokončení cílového úkolu.

Zasouvání na referenční dráhu začíná od okamžiku spuštění motorů nosné rakety na kosmodromu, poté jsou vypracovány a vyřazeny počáteční stupně nosné rakety. Hlavní motory prvních stupňů nosné rakety obvykle umožňují pouze jednu aktivaci a neumožňují ani aktivaci dvojitou. Aktivní startovací fáze končí vypnutím motorů nosné rakety a (ve většině případů) jsou vyřazeny všechny použité stupně nosné rakety. Začíná volný nezávislý let hlavní jednotky.

V některých případech nosná raketa umístí hlavní jednotku pouze na suborbitální trajektorii a teprve poté hlavní jednotka vytvoří referenční dráhu.

Hlavní jednotka (nebo orbitální jednotka), v závislosti na letovém úkolu a konstrukci nosné rakety, může mít různou konfiguraci. Například:

• pouze samotná kosmická loď a její vlastní motory;
• KA + horní stupeň ;
• KA + poslední stupeň nosné rakety, umožňující vícenásobné zapnutí podpůrného motoru (vzácný, ale běžný případ).

Příklady vypuštění kosmické lodi na referenční oběžnou dráhu

Každý start je jedinečný, ale přibližná doba startu na referenční dráhu je asi 500-800 sekund (8-12 minut). Letové cyklogramy některých typů nosných raket a některé příklady startu hlavní jednotky na referenční oběžnou dráhu:

• Proton_(launcher) #Standardní schéma letu nosné rakety Proton-M s nosnou raketou Breeze-M  - Oddělení třetího stupně nosné rakety a orbitálního bloku - 588,4 s, výška 151 km. Dále je provedena první aktivace hlavních motorů horního stupně, v jejímž důsledku se vytvoří eliptická referenční dráha o výšce 170 × 230 km a sklonu 51,5°.
• Sojuz_(spouštěč) #Taktické a technické_charakteristiky_of_stages_RN_"Sojuz"  - Čas oddělení III. stupně (blok I) - T + 526 s
• Space_shuttle#Flight_profile  - asi 8,5 minuty po startu, ve výšce asi 113 km, se oddělí vnější palivová nádrž a raketoplán se dostane na balistickou dráhu . Potřebné dodatečné zrychlení se provádí jednou nebo dvěma krátkodobými aktivacemi motorů orbitálního manévrovacího systému , což vede k vytvoření nízké referenční dráhy (kruhová dráha s výškou asi 250 km). Poté je zbytkové palivo vypuštěno ze systému hlavního motoru SSME a jejich palivové potrubí je evakuováno . Loď dostane potřebnou axiální orientaci. Otevírají se dveře nákladového prostoru, které zároveň slouží jako radiátory pro termoregulační systém lodi. Systémy kosmických lodí jsou uvedeny do orbitální letové konfigurace.
• SS-520-4#Flight_sequence  je příkladem nouzové sekvence.

Použití

Volný let po referenční dráze se obvykle používá ke kontrole telemetrie, rozmístění antén, solárních polí, kontrole vybavení kosmické lodi, navázání komunikace s MCC, orientaci kosmické lodi, výpočtu doby trvání dalšího pulzu, výběru bodu dalšího puls atd.

Referenční parametry oběžné dráhy

Typické parametry referenční dráhy na příkladu kosmické lodi Sojuz-TMA mohou být:

• Minimální výška nad hladinou moře (v perigeu ) je 193 km,
• Maximální výška nad hladinou moře (v apogeu ) je 220 km,
• Sklon - 51,6 stupňů,
• Doba otáčení je asi 88,3 minuty.

Při určování výšky LEO je důležité uvést, z jakého modelu Země je měřen. Ruská balistika tradičně označuje výšku nad elipsoidem a americká nad koulí, v důsledku toho může rozdíl dosáhnout 20 km (přibližně odpovídá rozdílu mezi rovníkovým a polárním poloměrem Země) a apogeem a perigeem pozice se mohou posunout.

Jelikož se na vynášení užitečného nákladu na oběžnou dráhu podílí denní rotace Země, závisí nosnost nosné rakety na sklonu oběžné dráhy k rovníkové rovině. Nejlepších podmínek je dosaženo, pokud má LEO sklon k rovníku, který odpovídá zeměpisné šířce místa startu, ze kterého byl start uskutečněn. Jiné sklony oběžné dráhy vedou ke snížení parametrů nosné rakety z hlediska schopnosti vynést na oběžnou dráhu náklad. Ne všechny kosmodromy však mohou být vypuštěny energeticky nejpříznivějším směrem, například pro Bajkonur se zeměpisnou šířkou asi 46 stupňů není možné startovat se sklonem menším než 48,5 stupně kvůli omezením polohy území, kde padají oddělené části raket (zóny vyloučení). Nejčastěji používaný sklon pro starty z Bajkonuru je 51,6 stupně, menší sklony se používají zřídka.

Čím nižší je orbita, tím větší je hmotnost nákladu, kterou na ni může nosná raketa dovézt, přičemž všechny ostatní věci jsou stejné. Proto je výhodné udělat referenční dráhu co nejnižší. V praxi může doba letu na oběžné dráze (před vstupem do hustých vrstev atmosféry) kratší než jeden den způsobit problémy při poruchách na palubě kosmické lodi, takže takto nízké oběžné dráhy se prakticky nepoužívají. Kromě toho je minimální výška referenční dráhy ovlivněna hodnotou chyby vložení, protože při nepříznivé kombinaci chyb měřicích přístrojů, ovládacích prvků a vnějších faktorů se může ukázat, že dráha je příliš nízká a kosmická loď bude vrátit se do zemské atmosféry a vyhořet dříve, než stihne manévrovat. Přesto jsou známy případy vypouštění vozidel na oběžnou dráhu s periodou otáčení menší než 88 minut a výškou perigea 121-150 km. Například automatická stanice Luna-7 byla vypuštěna na referenční oběžnou dráhu s perigeem 129 km . Satelity z rodiny KH-7 Gambit byly vypuštěny na podobné oběžné dráhy .

Čas strávený kosmickou lodí na referenční oběžné dráze

Založeno

Nejčastější čas strávený kosmickou lodí na referenční oběžné dráze se pohybuje od několika desítek minut až po několik hodin. V závislosti na letovém úkolu a dalších faktorech však tato doba může být od několika minut až po několik dní. Například NEAR_Shoemaker byl na referenční oběžné dráze pouhých 13 minut,

Na referenční oběžné dráze může být zařízení, včetně méně než jedné otáčky, v souladu s letovým plánem. Například všechny užitečné zátěže vypuštěné raketou 8K78 Molniya byly provedeny na referenční oběžné dráze přibližně od 2/3 do 3/4 otáčky. S rozšiřováním schopností řídicího systému horních stupňů raket a horních stupňů se doba strávená na referenční oběžné dráze začala značně lišit. Takže indická marťanská sonda " Mangalyan " strávila na referenční oběžné dráze asi 2 dny.

Ultimate

Maximální možný čas strávený kosmickou lodí na referenční oběžné dráze je dán především atmosférickým odporem. Vlivem tření o atmosféru dochází k postupnému snižování oběžné dráhy, až ke vstupu do hustých vrstev atmosféry a pádu kosmické lodi k Zemi.

Kromě výšky oběžné dráhy tato doba závisí na balistických parametrech umělého nebeského tělesa , na aktivitě Slunce v tomto období, které ovlivňuje výšku horních vrstev zemské atmosféry a některých dalších parametrech.

Viz také

• geotransferová dráha
• Změna sklonu oběžné dráhy
• Fázování oběžné dráhy
• Orbitální manévr
• Hohmannova trajektorie
• Bieliptická přenosová dráha
• Orbitální manévrovací systém
• vesmírné smetí

Poznámky

1. ↑ Návrh mise kosmické lodi – Charles D. Brown – Knihy Google . Získáno 29. srpna 2018. Archivováno z originálu 3. března 2021. (neurčitý)

Odkazy

• https://www.collinsdictionary.com/dictionary/english/parking-orbit