為什麼長征五號把實踐 20 號打到了 190km 68000km 這麼高的軌道?

時間 2021-05-06 03:13:41

1樓:Hayabusa

1.這樣的確省燃料

2.帶yz2只能打亞同步,不帶遠征二又運力富餘,乾脆往死裡打,驗證極限運力

3.為嫦娥五號任務做準備(再點火幾秒就到lti了)

2樓:Saturn V

這個說來話長了。。。

首先地球同步軌道是在赤道正上方傾角為0度的軌道,基本上科普的號都會用這一張圖來描述怎麼把衛星送入地球同步軌道。

火箭把衛星送到轉移軌道,然後在變軌點2衛星或者火箭上面級第二次點火送到同步軌道。這個第二次點火可以是衛星自己的引擎或者是火箭的上面級。

問題是上面這張圖是2D的,實際上的軌道是三維(其實是四維)的,進入同步軌道還要消除另乙個很麻煩的東西,那便是傾角(inclination)。

簡而言之便是軌道面和赤道面的夾角。之前說過的同步軌道傾角是0,便是因為正好在赤道上方所以夾角是0。當然實際上由於月球引力等因素影響,同步軌道衛星會偶爾移動產生細微夾角,但那是另乙個話題了。

所以說衛星進入同步軌道的變軌點2,不僅要拉高近地點,還要消除傾角。由於改變軌道傾角的燃料消耗要比拉高近地點還要多,要想提高載荷的最好方法當然是讓轉移軌道時的傾角越小越好。但軌道傾角是發射場地理緯度決定的,緯度越高傾角越大。

文昌發射場的緯度是北緯19.36度,所以這裡發射去同步軌道的衛星就要消除19.36度的傾角。

蓋亞那航天中心的緯度是北緯5.17度,所以這裡發射去同步軌道的衛星只需要消除5.17度的傾角即可,能大幅度節省燃料。

最早發現傾角問題的,是蘇聯。

由於地理位置的劣勢,蘇聯所有的發射場都比美國的緯度要高很多,直接導致蘇聯發射同步軌道衛星如果按照常規的轉移軌道,會浪費很多燃料。蘇聯為此研發了另一種節省燃料的運送方式,超同步軌道(SSTO)。

一般的發射順序是轉移軌道---變軌點2---拉高近地點/消除傾角。

SSTO的發射順序是轉移軌道---拉高遠地點高於同步軌道---遠地點消除大部分傾角---拉高近地點到同步軌道---降低遠地點---進入同步軌道消除剩餘傾角。

看上去感覺複雜了許多實際上由於調整近地點遠地點的燃料消耗遠低於節省下來的改變軌道傾角的消耗,從高緯度發射SSTO是能節省燃料的。簡而言之就像推門離門軸越遠越容易推開一樣,更高的遠地點就相當於更長的「力矩」,同樣扭力情況下力矩越大用力越小。SSTO的目的是在比同步軌道更高的遠地點來消除傾角,這樣比在同步軌道消除能節省燃料。

不只是蘇聯,獵鷹9發射的SES-8,Thaicom6等同步軌道衛星也採用了SSTO的軌道來消除卡角自帶的28.56度傾角,SES-8的更誇張是295km*80000km的超同步軌道。

那麼為啥長征5號Y3會選擇SSTO呢?這是因為這個:

還記得前面說的變軌點2的點火嘛,可以是衛星自己的引擎或者是火箭自帶上面級的。而上面級要跟著衛星到變軌點2,意味著要在滑行約6個小時後依然能再次點火。中國在多次啟動的低溫引擎和低溫燃料儲存技術上尚不成熟,不能像歐美日那樣讓火箭第二級兼職上面級,因此要想讓衛星自己剩燃料,就只能再掛上採用常溫燃料的的遠征上面級,完成變軌點2消除傾角的工作。

事實上長征5號Y1的時候,多虧遠征2號的存在挽救火箭自身的問題,讓實踐17衛星能不降低壽命成功入軌。由於本次Y3發射壓力很大,像Y-1那樣加上乙個遠征2號風險太大,因而衛星不能借助火箭來消除發射傾角。為盡可能減少實踐20號入軌消傾角所需的燃料,同時也為了盡可能測量長征5號第一級和第二級火箭的效能,才選用了遠地點68000km的超同步軌道。

3樓:

SSTO軌道(超同步轉移軌道)的核心是省削傾角的DV簡單來講軌道高度越高軌道線速度越小提公升或降低軌道高度所需的DV就越少然而線速度越大改變傾角所需的DV就越多

但不是所有情況都存在更省DV的SSTO軌道的比如赤道發射根本不需要改變軌道傾角(所以歐空局從來不打SSTO軌道)

4樓:Jebdiah Kerman

因為發射場不在赤道上,而要發射到赤道上的軌道,需要修正傾角。190km*6w8km的超同步軌道軌道高點速度會比190*3w6的更低。二級火箭在入軌以後,還要經過一段時間的滑行,在接近赤道時再把載荷的軌道高點抬高,這樣的話,當載荷在滑行半圈以後達到遠地點,此時載荷也在軌道的公升/降交點,是修正軌道傾角的最好機會。

簡單來說在運載火箭有運力剩餘的情況下,送入超同步軌道能節約燃料。此外還有一種非常妖的玩法,適用於二級只能一次點火,載荷自身軌道機動能力不強的情況(例如衛星推重比低,或者只攜帶設計壽命內的定點燃料,而不攜帶從GTO圓化軌道的燃料,也不攜帶上面級):把衛星的軌道高點打過地月拉格朗日點,通過特定的軌道設計,最終衛星可以在極少的修正之內進入同步軌道。

有一顆留在了錯誤軌道上的同步軌道衛星,保險公司賠付後拿到這顆衛星的所有權以後就是這樣,讓衛星這麼走了一圈最後進入同步軌道,耗時一年多。

5樓:伊恩

簡單來說,在火箭有富餘燃料的情況下,優先把衛星送到更高的軌道,而在更高軌道上點火抬高近地點和修正軌道傾角,一般都是更節省衛星燃料的。

6樓:

前面的回答在各種方面上已經用資料說的很清楚了,所以我就從另外一種方向上把這事的理由說清楚了吧——既然是打衛星算dV,用KSP豈不美哉!

先科普一下速增量(dV)這個概念吧,大氣層內飛行的飛行器一般都用距離來衡量它們的航程,這是因為大氣層內飛行要持續使用能量保持前進,否則都會有阻力減速,最終停止。但是太空中沒有阻力,稍微給一點點力就能一直往前跑, 所以火箭/衛星的「航程」是不用距離表示的。取而代之的是速度增量,乙個速度值,一般用m/s。

而不同的軌道的軌道速度不同,所以變換軌道需要改變自身的速度,常用的操作就是霍曼轉移軌道

接下來是實操。。。。。。開啟了我的裝滿了亂七八糟mod的KSP,首先把乙個8噸重的衛星打上天,由於我操作太菜,扔進的是乙個遠地點(ap點)大約是500km,近地點(pe點)還是負數的軌道,不過對於打此次GTO來說,問題不大(

這二級雖然是照著長5二級來捏的,但肯定還是有不同之處——尤其是效能

現實中同步衛星從GTO進入GEO需要很多次操作才能精準的到達指定經度定點,在這裡為了簡(bu)化(hui)操(ding)作(dian),就採用最簡單的方式,在ap點點火同時圓化軌道+修正傾角至0度,當然,在砍星黑科技的加持下,一次點火就能搞定這兩個操作。

星箭分離,可以看到衛星自帶的速增量為2733m/s,而規劃的圓軌+修正傾角到0°一共需要1645.5m/s的速增量,也就是說進入同步軌道之後衛星自身還剩下1087.5m/s的速增量。

當然,因為我捏的衛星裝了太多燃料,剩下了太多,1000多m/s的dv足夠衛星維持20年的軌道了。。。。

這裡就學CZ5-Y3發射實踐二十的軌道吧,ap點68000km,這裡需要的操作多一些,首先要用上面說過的,在ap點點火,將近地點提公升至35786km的同時,把傾角修至0度,然後在pe點減速,把ap點也降到35786km,這樣就能讓載荷進入GEO軌道開始它的工作了。

嗯,二級二次點火把衛星扔進ap點68000km的SSTO,此時衛星自帶2743m/s的dv

使用衛星自帶動力把pe點提公升到35786km,同時修正傾角至0°

降低ap點,進入35786km的GEO

從上面的截圖中可以看出,採用SSTO軌道進入GEO的話一共使用了1530m/s的dv,節約了115.5m/s的dv

這麼一看,雖然節約的dv不是很多,但是要知道同步衛星每年用於軌道維持所需的dv也才幾十m/s,這麼一頓操作之後,可以讓衛星多工作幾年,同時還能讓長5更充分發揮它的運力,兩件快樂的事情重合在一起,又能帶來更多的快樂。。。。。

這不整挺好?!

7樓:吳醜魚

火箭多費勁,衛星省氮氣。有個大神算過,再增加2%的能量就可以把實踐20打到地月轉移軌道去了。想想實踐20也8噸多,長五LTO也就8噸,估計是極限測試吧。

官方爆料:

8樓:

打的是超同步轉移軌道SSTO,最終應該就是GEO啊。

超同步轉移軌道SSTO:遠地點高於GEO,遠地點速度低於GTO,因此修軌道面,抬近地點高度所需要的ΔV都比GTO要小,雖然需要額外降遠地點高度但總的ΔV還是比GTO要省不少的。

簡單來說:省衛星燃料。但是變軌複雜一些,對火箭的要求也高。

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