Kaikki planeettojenväliset koettimet, joista olen tietoinen, laukaistiin pysäköintiradalle ja odottivat sitten jonkin aikaa kyseisellä kiertoradalla ennen kuin aloitettiin vaihe uudelleen tai sytytettiin toinen vaihe injektoimaan haluttu lähtevä oire. Tämä tehdään mukavuuden vuoksi, jotta pitkät käynnistysikkunat sallitaan käynnistysjakson päivinä. On mahdollista ja hieman tehokkaampi käynnistää suoraan laukaisualustalta planeettojen väliselle radalle, mutta sinulla on hetkellinen laukaisuikkuna ja käynnistyslevyn on ylitettävä lähtevän lentoradan taso saavuttaaksesi kyseisen tehokkuuden. Välittömät laukaisuikkunat ovat riskialttiita, koska jos veneessä on jokin ongelma, missä sen ei pitäisi olla, et käynnistä sitä päivää. Kun tarjoat pidemmän ikkunan siirtymällä ensin pysäköintiradalle, usein tunnin tai pidempään, sinulla on aikaa korjata ongelma ja käynnistää silti.

(Työskentelin sivussa sivussa projektin, joka oli myöhemmin peruutettu, se aikoi käyttää Ariane 5: tä käynnistääkseen Marsiin. Ongelmana oli, että sen ylemmässä vaiheessa ei ollut tuolloin pätevää uudelleenkäynnistyskykyä. Tämän seurauksena meidän oli suunniteltava pistämistä suoraan laukaisualustalta Vaikka Ranskan Guayanan laukaisupiste oli tahattomasti lähellä sitä, mihin haluaisimme sen, se ei ollut aivan oikein, joten joudumme menemään jonkin verran tehottomuutta koiran ja jalan liikkeellä mennäksesi oikealle tielle.)

Useimmissa tapauksissa pysäköintiradan odotus mitataan kymmenissä minuuteissa. Aloitat usein toisen vaiheen, jonka akunkesto on rajoitettu, joten et halua odottaa enempää kuin kiertorata. Kahden viikon tai pidemmän käynnistysjakson saavuttamiseksi sinun on hyväksyttävä jonkinlainen tehottomuus suuremmissa injektioenergioissa ennen optimaalista päivää ja sen jälkeen.

Intia tekee jotain hieman erilaista, jolla on jonkin verran riskiä, ​​mutta joka tarjoaa paremman tehokkuuden. Heillä on kiinteä lähtöpäivä maapalloradalta pienimmällä ruiskutusenergialla. Aina kun he laukaisevat, he odottavat maapallon kiertoradalla tuohon siunattuun päivään saakka, ja sitten he lähtevät. Tämä tarkoittaa, että he tarvitsevat ylemmän vaiheen, jolla on pidempi ikä. Plussapuolena on, että ruiskutuspalamisen hajottaminen useiksi paloiksi, joka suoritetaan kullakin perigeellä, antaa moottorin olla paljon pienempi ja kevyempi kuin tyypillinen ylemmän vaiheen moottori, joka yrittää vuotaa kaiken polttoaineen yhdellä palamisella lähellä maata.

Kuten muissa vastauksissa todettiin, ruiskutus palaa riippumatta siitä, onko se tehty 20 minuuttia myöhemmin tai 20 päivää myöhemmin, perigee-alueella, jotta suurin energiamuutos yksikköä kohti on $ \ Delta V $. Heitän yhtälön tänne huvin vuoksi. Perusfysiikassa opit kineettisen energian yhtälön: $ K = {m v ^ 2 \ yli 2} $. Jos erottelet sen suhteesta $ v $, saat $ dK = m v \, dv $. Joten energiamuutoksesi on verrannollinen nopeutesi kertaa $ \ Delta V $. Mitä nopeammin olet menossa, sitä enemmän energiamuutosta saat kiinteälle dollarille \ Delta V $. Menet nopeimmin perigeessä. Tätä kutsutaan Oberth-efektiksi.

Kuten @Ame mainitsi, raketilla ei ollut tarpeeksi polttoainetta laittaa se sinne yhdellä laukauksella, kuten useimmilla Yhdysvaltain / Venäjän raketeilla. Kiertoradan takana oleva todellinen fysiikka on kuitenkin hieman erilainen kuin kuvattu. Fysiikkaa kutsutaan erityisesti Oberth-efektiksi. Lyhyt selitys tästä on, että raketin työntövoima on tehokkaampi, jos se tehdään perigeellä. Raketin ampuminen peräkkäisten peräkkäisten passien aikana parantaa tehokkuutta, mikä antaa viime kädessä mahdollisuuden saavuttaa maksimaalinen hyötysuhde raketin purkauksissa. Todellinen painovoiman apu ei käytä mitään potkuria, mutta tämä vaikutus suurentaa olennaisesti työntövoiman tehokkuutta.

On useita syitä, miksi satelliittien on kiertettävä maata ennen kuin ne siirtyvät planeettojen väliseen ...

Ensimmäinen syy: Lähtöpaikka on hyvin harvoin oikeassa paikassa aloittaakseen planeettojen välisen lennon. Maa pyörii kallistuksella, joten laukaisu on ajoitettava, kun Kennedyn avaruuskeskus ylittää ekliptisen tason (yleisen tason, jolla suurin osa planeetoista kiertää). Lisäksi sen on oltava oikeassa kaudessa, niin että kun koetin lähtee kiertoradalle, se päätyy oikeaan suuntaan, kun se lähtee maapallon SOI: sta. Kaikki tämä on mahdollista suoralla nousuprofiililla, se vie vain todella hyvän ajoituksen - mutta nämä täydelliset ikkunat tulevat hyvin harvoin.

Kaikilla koettimilla, jotka tekevät ekliptisen kiertoradan maapallon ympäri, on käynnistysikkuna melko paljon 45 minuutin välein, muutaman kerran vuodessa.

Toinen syy: Delta-V: n määrä, joka tarvitaan maapallon SOI: sta pääsemiseksi, on melko suuri. Vaikka on mahdollista rakentaa tarpeeksi suuria raketteja niin - rajoittava tekijä on todella tyypillisten rakettipolttoaineiden ja rakettimoottoreiden hyötysuhde.

Anturin nostaminen maapallon kiertoradalta raketilla vie melko raskasta raketti. Tämä raskas raketti on nostettava matalan maan kiertoradalle, joka vie massiivisen raketin.

Yksi tapa parantaa tätä on rakettisi tehostaminen paljon tehokkaammaksi - mutta olemme jo lähellä teoreettista kemiallinen raketti. Joten NASA alkoi käyttää ION-propulsiota, joka on paljon tehokkaampi kuin kemiallinen raketti - se on myös erittäin heikko - mikä on kolmas syy ...

Kolmas syy: Nyt kun useimmat koettimet käyttävät ionipotkuria, ne eivät Heillä ei ole työntövoimaa vain poistua maasta suoralla nousulla - he viettävät viikkoja ionipotkurin työntyessä hetkeksi (muutaman minuutin) kiertoradan avainkohtaan. Joka kerta, kun ionimoottori tekee tämän, niiden kiertorata lähestyy ja lähestyy maapallon pakenemisnopeutta.

Kun anturi on maapallon SOI: n ulkopuolella, se voi periaatteessa kytkeä ionimoottorin päälle ja jättää sen siellä niin kauan kuin se haluaa suorittaa planeettojen välisiä liikkeitä. Yleensä suurin osa planeettojen välisistä liikkeistä on pieniä kurssikorjauksia, jotta voidaan hyödyntää planeetan lentoaikaa rynnäkköön suuremmille nopeuksille.

TL; DR? Monia syitä: Ajoitus - laukaisuasento ja kiertoradan keskiarvo muutama hyvä käynnistysikkuna suoraa nousua varten, kiertoradalle pääseminen sallii ensin paljon enemmän vaihtoehtoja. Liian paljon polttoainetta tarvitaan - Anturin eteneminen maasta vie paljon kemiallista ponneainetta, joten käytämme nyt ionimoottoreita. ionimoottorit ovat heikkoja - se kestää kauan (viikkoja!), ennen kuin nämä erittäin tehokkaat moottorit tekevät työnsä.

Intian PSLV: n tapauksessa kantoraketti ei ole riittävän tehokas asettamaan Mars Orbiter Mission -sondin suoraan Marsille johtavalle reitille . Sen sijaan MAVEN on tarkoitus käynnistää paljon tehokkaammalla Atlas V: llä.

Mittapään on käytettävä painovoiman apua saadakseen riittävän nopeuden matkustamiseen Mars. Eli. koetin menee ensin erittäin elliptiseen kiertoradalle ja käyttää erityisesti ajoitettuja lyhyitä palovammoja kiihtyvyyden saavuttamiseksi maapallon painovoiman ja auringon ympäri liikkuvan liikkeen vuoksi. Erityisesti maapallon liike suhteessa aurinkoon ja koettimeen on tässä apuna, koska tämä impulssi lisätään koettimen olemassa olevaan impulssiin. Wikipedia-artikkelin kuva on melko kertova:

Ennen kuin pääset kaikkiin muihin etuihin, aloitetaan yhdestä välttämättömästä.

Paikalla kelluvan raketin (joka ei lentää lainkaan, vain leijuu laukaisualustan päällä) on tuotettava riittävä työntövoima joka muuten antaisi sille $ 9,8 m / s ^ 2 $ kiihtyvyyden (1g) vaakalennossa. Se on melko vähän, ja se on kaikki hukkaan työntynyt. Jos aloitat suoraan ylöspäin, maan gravitaatiokiihdytys on mitä sinun on vähennettävä kiihtyvyydestäsi aina. Joka sekunti, riippumatta siitä mihin muuhun kulutat polttoainettasi, sinun on käytettävä mittava annos, jotta et putoa alas.

Nyt kiertoradalla vaakasuorassa liikkuva raketti ei käytä polttoainetta korkeuden ylläpitämiseen. . Jokainen gramma siitä käytetään kineettisen energiansa lisäämiseksi. Tällä tavoin ensisijainen tavoite heti kun vähennät ilman kitkan hallittavalle tasolle, on kiertoradalle pääseminen ja lopettaa polttoaineen tuhlaaminen yrittäen estää putoamista. Kiertoradan kiihtyvyyteen kiihdyttämäsi energia on edelleen käyttökelpoinen, lisäät sen nopeuteen planeettojen välisessä matkassa, ja nyt se varastoidaan turvallisesti kineettiseksi energiaksi.

Nyt, kun olet kiertoradalla, voit tehdä kaikenlaisia ​​hyödyllisiä liikkeitä vapaa-ajalla, vaihda moottoreihin, joilla on parempi ominaisimpulssi, mutta pienempi työntövoima, eikä tuhlaa enää polttoainetta.

Jos luin Wikipedia-artikkelin oikein, New Horizons -koetin ei pysynyt pysäköintialueella täydellä kiertoradalla. Alle 45 minuuttia laukaisun jälkeen se oli jo sen aurinkopaisuteellä. Mutta se vietti aikaa kiertoradalla, joka antoi sen päästä oikeaan asentoon palamisen välttämiseksi nopeudesta johdonmukaisesti muiden annettujen vastausten kanssa. Mutta jos mietit, miksi kaikki koettimet viettävät aikaa ympäri maata, ennen kuin lähtevät, vastaus on, että ainakin yksi koetin ei.