13.června 1983

Primary tabs

Jan Toman:
MEK příspěvek #4296překročila sonda Pionner 10 oběžnou dráhu Neptuna (byl tehdy dále od Slunce než Pluto) a opustil tak jako první výtvor člověka sluneční soustavu. Je tomu už dvacet roků....

MEK příspěvek #4308...a vydrzel pracovat skoro 30 let od vypusteni (Pioneer 11 na tom nebyl o moc hur). Bez servisu :) Pioneery jsou mrtve, at ziji Voyagery!http://www.heavens-above.com/solar-escape.aspKruci, v kosmickych meritkach je to kousek, ale prece jen... k Voyageru 1 a zpet to i svetlu uz trva cely den :) Je na case uzavirat sazky: Vydrzi Voyagery az do heliopauzy? Dockame se prvniho primeho mereni podminek v mezihvezdnem prostoru?

MEK příspěvek #4339Myslím, že je na čase uspořádat další podobnou výpravu. Díky iontovému pohonu jsou na to dobré předpoklady a možná, že ani dosažení Krupierova pásu by nebylo nereálné.Jakou maximální rychlost lze s iontovým pohonem dosáhnout? Voyagery mají rychlost jestli se nepletu asi 30km/s.

MEK příspěvek #4344 - reakce na příspěvek #4339To velmi zavisi na maximalnim tahu iontoveho motoru v pomeru k celkove hmotnosti sondy. Pri letu smerem od Slunce pryc ze slunecni soustavy by limitujicim faktorem byl pokles prikonu zdroje energie (at uz s rostouci vzdalenosti od Slunce u solarnich panelu, tak v dusledku starnuti u nuklearniho zdroje). Takze maximalni dosazitelna rychlost by byla omezena maximalnim dosazitelnym zrychlenim sondy. Vzhledem k tomuto omezeni je iontovy pohon neprilis prakticky pro lety mimo sl. soustavu nebo k vnejsim planetam, alespon tedy v kombinaci se solarnimi panely, jakozto zdrojem el. energie. V urcitych situacich muze sice iontovy pohon snizit celkove naklady, ale nejaka velka vyhra to zase neni. Bohuzel. Tedy alespon do doby, nez bude k dispozici maly, lehky a dlouhodobe spolehlivy zdroj velkeho mnozstvi el. energiie, nezavisly na poloze vuci Slunci.

MEK příspěvek #4347 - reakce na říspěvek #4344Pokud nas netrapi nejake gravitacni pole ve smeru letu, je maximalni rychlost dana pouze Isp motoru a konstrukcnim cislem (ostatne primo na MEKu je to v teorii). Proto je iontovy motor naopak obzvlast vhodny pro dlouhe mise - pri jeho malem tahu se vyhody vysokeho specifickeho impulsu projevi jen pri dlouhodobem urychlovani sondy (nebo drobne stabilizaci), ne pri "nahlych" manevrech. Je pravda, ze iontovy pohon (pokud ma byt hlavnim motorem sondy) vyzaduje prikon v radu kilowatt. Ale pro mise hloubeji do slunecni soustavy se uz dlouho pouzivaji radioizotopove baterie a vykonove a zivotnostne (a myslim ani hmotnostne) neni problem. I baterie Voyageru mely cca 500W a i po ctvrtstoleti maji stale jeste 300W. Jen nevim, jak by se na to koukali zeleni aktiviste :)Jinak zajimave jsou take napr. Hallovy motory (taky elektricke, o neco mensi Isp nez iontove motory, vyssi tah, ale zatim pokud vim se delaji jen v malem) a dobre zni i projekt VASIMR, ale tomu jeste asi chvili potrva, nez (pokud) dozraje (navic se jedna o vyrazne vyssi vykony).Musim rict, ze sondou Deep Space 1 mi udelali skutecne radost, protoze je to ukazka, ze iontovy motor je na dlouhe mise skutecne efektivni.BTW Voyager 1 ma cca 17km/s a to si jeste vetsinu rychlosti "nahnal" pruletem okolo Jupiteru.

MEK příspěvek #4350Zajímá mně jeden problém: Družice zrychlují při průletu kolem planet(v podstatě odebírají energii planetě), pokud bychom stejnou trasou letěli opačným směrem, došlo by k výraznému zpomalení sondy? Jde mi o to, že by se tak dala ušetřit hmotnost brzdících motorů bez potíží s aerobrakingem. V praxi se to pokud vím nepoužívá, ale zajímalo by mně proč?

MEK příspěvek #4353K #4350:Jedná se o t.zv. "gravitační manévr" (gravity assist maneuver). Princip spočívá v tom, že během průletu sondy kolem planety (nebo jakéhokoliv hmotného tělesa, např. kolem měsíce planety nebo kolem planetky) se v jeho blízkosti pohybuje těleso po hyperbolické dráze, jejíž zakřivení (poloměr křivosti v blízkosti pericentra) je tím větší, čím větší je hmotnost planety a čím blíže se přiblíží sonda ke středu planety (nebo toho jiného tělesa). V prvním přiblížení můžeme říci, že uvnitř sféry aktivity planety (to je myšlený prostor, v němž převládá gravitační vliv planety nad gravitací Slunce), se jedná o dráhu skutečně přesně hyperbolickou. Přitom hodnota velikosti rychlosti vzhledem k planetě je v okamžiku vstupu a v okamžiku výstupu ze sféry aktivity stejná, ale liší se jejich směry. Rychlost sondy vůči planetě nejprve roste a to až do okamžiku průletu pericentrem (bodem nejbližším k planetě), pak zase postupně klesá. Tento proces (vzájemná přeměna potenciální a kinetické energie u sondy) je vůči pericentru symetrický.Takže vzhledem k planetě (v planetocentrickém souřadném systému) se neděje nic neočekávaného či záhadného a k výměně energie mezi sondou a planetou nedochází.Jinak tomu je, když se na věc podíváme z heliocentrického pohledu, tedy vztaženo k souřadné soustavě spojené se Sluncem.Sonda se blíží jistou helicentrickou rychlostí k planetě, resp. ke hranici sféry aktivity té planety, která se sama pohybuje také Sluneční soustavou. V okamžiku, kdy dosáhne sonda sféry aktivity musím změnit pohled na sondu z "heliocentrického" na "planetocentrický", to znamená, že musím od vektoru rychlosti sondy vektorově odečíst vektor rychlosti planety, abych dostal vektor planetocentrické rychlosti sondy (tedy směr a velikost její rychlosti vůči planetě). To mi teď definuje onu hyperbolu, kterou se sonda bude pohybovat kolem planety. Při opuštění sféru aktivity, když sonda vylétá ven zase do prostoru, kde dominuje přitažlivost Slunce, musím provést opačný proces. Abych dostal novou heliocentrickou rychlost sondy, musím k vektoru její planetocentrické rychlost zase připočítat vektor heliocentrické rychlosti planety.Představte si (večer dám obrázky na SPACE-40), že sonda letí po eliptické dráze k Jupiteru z nitra Sluneční soustavy a že vektor její heliocentrické rychlosti svírá s vektorem rychlosti Jupiteru relativně velký úhel (řekněme 20 stupòů). Když zacílím sondu tak, aby proletěla "za Jupiterem", tak se v jeho gravitačním poli dráha sondy zakřiví tak, že výsledný vektor rychlost bude nyní směřovat "víc rovnoběžně" (v optimálním případě skutečně rovnoběžně) s vektorem rychlosti planety. Pak při výsledném vektorovém součtu rychlostí bude tedy co do velikosti nový vektor heliocentrické rychlosti sondy podstatně větší, než byl ten původní před příletem sondy k planetě. Dívám se na to nyní opět z heliocentrického hlediska. Teď mi vyjde, že skutečně k přenosu kinetické energie mezi planetou a sondou došlo (jsme v jiné soustavě souřadnic, než při pohledu planetocentrickém, kde k přenosu žádné kinetické energie nedochází).Kdybych naopak zacílil sondu tak, aby proletěla "před Jupiterem", tak se otočí vektor rychlosti opačným směrem a velikost úhlu mezi vektory planetocentrické rychlosti sondy a heliocentrické rychlosti planety v okamžiku opuštění sféry aktivity vzroste. Důsledek je jednoznačný: Klesne heliocentrická rychlost sondy.Samozřejmě se gravitačních manévrů dá využívat i jiným způsobem, než jen ke změně "velikosti" rychlosti, tedy k urychlování či brzdění. Mohu např. toho využít ke změně roviny dráhy (viz případ sluneční sondy Ulysses), případně všechny druhy manévrů kombinovat.Co však nelze: Nelze gravitačního manévru u planety (jednoduchým způsobem) použít k navedení sondy na oběžnou dráhu kolem ní. (Dá se snížit požadavek na velikost této rychlosti opakovanými průlety kolem téže planety, ale tím se neúnosně prodlužuje doba letu). Lze však využít k tomu gravitačních manévrů u měsíců té planety, pokud planeta hmotnější měsíce má (jako např. Jupiter).Máte-li doma někdo "Malou encyklopedii kosmonautiky", tak schemata gravitačních manévrů jsou otištěna v úvodní části o nebeské mechanice.

MEK příspěvek #4354Pro Hawka (#4339)Maximální dosažitelná rychlost (změna rychlosti - delta v) opravdu závisí jen na Isp pohonu a poměru počáteční hmotnosti sondy (s pohonnou látkou) a konečné hmotnosti sondy (po vypotřebování pohonné látky) takto:dv = Isp . ln(mp/mk)Pokud tedy odhadneme jako maximální rozumnou hodnotu, že pohonná látka tvoří polovinu hmotnosti sondy a Isp iontového pohonu odhadneme na 30000 Ns/kg, tak celkové maximální delta v vychází na cca 20000 m/s (20 km/s).Průměrné zrychlení ovšem jen těžko překročí 0.1 mm/s2, takže k tomu dosažení maximální rychlosti bude třeba cca 6 roků stálého tahu.Navíc bohužel ten tah bude mít tendenci cirkularizovat heliocentrickou dráhu, takže dosažení únikové heliocentrické rychlosti je obtížnější (je zapotřebí větší delta v), než u klasických sond na hyperbolické (heliocentricky) dráze s malým apocentrem.Pokud mám dobré informace, tak Voyagery při startu z LEO dosáhly celkové delta v menší než 7 km/s a to stačilo na celou cestu. Počáteční heliocentrická rychlost byla cca 36 km/s (z toho ovšem cca 30 km/s je heliocentrická rychlost Země) a apocentrum dráhy bylo cca 7 AU. Při příletu k Jupiteru (cca 5 AU od Slunce) heliocentrická rychlost klesla na cca 10 km/s, ale gravitačním manévrem se zase zvýšila na více než 20 km/s, což v té vzdálenosti už přesahovalo únikovou rychlost ze Sluneční soustavy. Ve vzdálenosti cca 40 AU od Slunce měly Voyagery heliocentrickou rychlost cca 18 km/s. Dobře je to vidět na grafu na stránkách http://www.jpl.nasa.gov/basics/bsf4-1.html nebo http://www.inference.phy.cam.ac.uk/teaching/dynamics/p0.html .Znamená to tedy, že aktivní pohonný systém dodal sondám (po navedení na LEO) dodatečnou rychlost jen max. 7 km/s, zatímco gravitační manévry jim postupně dodaly další rychlost ve výši nejméně cca 15 km/s. Celkově už je to ale více, než se dá očekávat u samotného iontového pohonu. Dobře provedený gravitační manévr je prostě bezva věc.Pro RaStra (#4344)Domnívám se, že právě vývoj "malého, lehkého a dlouhodobě spolehlivého zdroje velkého množství el. energie" je cílem současného amerického nukleárního projektu "Prometheus". Nevyvíjí se tedy asi přímo nukleární pohon, ale nukleární zdroj elektřiny k různému využití (třeba i k pohonu). Takový zdroj bude určitě dobře využitelný i na Zemi (možná lépe než v kosmu).

MEK příspěvek #4360 - reakce na příspěvek #4354Na ten projekt jsem fakt zvedavy, hlavne tedy co z nej vzejde a jestli se to vubec nekdy pouzije !P.S.: Greenpeace sucks !

MEK příspěvek #4378Schéma gravitačního manévru je vystaveno na http://www.lib.cas.cz/www/space.40/NEBMECH/GRAVMAN.HTM

MEK příspěvek #4379V IAN http://www.ian.cz/detart_fr.php?id=921 byla uveřejněna v souvislosti s P10 zajímavá informace. "...S pohybem Pioneeru ze sluneční soustavy souvisí také záhada postupného a velmi malého urychlování sondy. Dodnes vědci neví, co přesně za zrychlování může. K vysvětlení jevu pozorovaného také u jiných vzdálených poslů (Ulysses, Pioneer 11) bylo sice předloženo několik teorií, žádná však uspokojivě nevysvětlila pozorovaná data. Je také pravděpodobné, že se Pioneer 10 ve vzdálených partiích sluneční soustavy setkal s větším tělesem Kupierova pásu..." http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/460095.stmZajímalo by mne, jak velké či přesněji řečeno hmotné toto těleso by mohlo být, když porucha dráhy činní za dobu letu +25 dni (bohužel neznám podrobnosti, rozložení poruchy atp.)? A jak jsou na tom ostatní sondy, máte informace? Někde jsem četl, že ty naopak zpomalují.

MEK příspěvek #4380Jde o zpomalování, v diskuzi u článku na IAN to autor uvedl na pravou míru jako zrychlení se záporným znaménkem. :-) Taky dal do diskuze zajímavé odkazy k této problematice.Martin - Techblog