مانورهای مداری

از ویکی نجوم
پرش به: ناوبری، جستجو

مانور چیست ؟

مانور عبارتست از انتقال فضاپیما از یک مدار به مداری دیگر .

برای تغییر مدارنیاز به روشن کردن موتورهای فضاپیما داریم . با روشن شدن موتورهای فضاپیما یک نیروی پیش رانش تولید می شود که باعث تغییر در سرعت مداری فضاپیما می شود .معمولا این نیروی پیش رانش در مدت زمان بسیار کوتاهی نسبت به دوره تناوب مدار اعمال می شود .به طوری که می‌توان از تغییر شعاع مداری در این بازه زمانی صرفه نظر کرد .

با ثابت بودن اندازه شعاع مدار و تغییر اندازه سرعت و یا جهت سرعت ، تکانه زاویه ای مدار و انرژی مکانیکی مدار تغییر می کنند که باعث تغییر مدار و انجام یک مانور مداری می شوند .

در ادامه انواع مانور مداری را با انجام محاسبات مربوطه و ذکر مثال شرح خواهیم داد .

انتقال هوهمان (hohmann transfer)

به صرفه ترین مانور مداری بین دو مدار دایروی ، انتقال هوهمان است .

انتقال هوهمان یک مدار بیضی است که به هر دو مدار دایروی مماس است در نتیجه فاصله حضیض این مدار به اندازه شعاع مدار کوچکتر و فاصله اوج آن به اندازه شعاع مدار بزرگتر است . به شکل زیر توجه کنید :

Maneuver 2.png

این نوع مانور به صورت دو ضربه ای است ، ضربه اول سفینه را از مدار اولیه جدا می کند و به مدار هوهمان منتقل می کند. ضربه دوم سفینه را از مدار هوهمان وارد مدار ثانویه می کند .

مقدار تغییر سرعتی که در هر مرحله باید توسط موشک ها ایجاد شود برابر با اختلاف سرعت دو مدار در آن نقطه است .

برای مثال در شکل بالا برای اینکه ماهواره از مدار 1 به مدار 2 انتقال یابد ، باید در نقطه A یک ضربه به ماهواره وارد شود . اختلاف سرعتی که این ضربه باید تولید کند برابر است با اختلاف سرعت حضیض مدار هوهمان و سرعت مدار 1 . پس از آن ماهواره وارد مدار انتقال هوهمان می شود . در نقطه B برای اینکه ماهواره از مدار انتقال هوهمان وارد مدار 2 شود باید یک ضربه ایجاد کنیم . اختلاف سرعتی که این ضربه تولید می کند برابر است با اختلاف سرعت اوج مدار هوهمان و سرعت مدار 2 .

توجه داشته باشید که مدت زمان مانور نصف دوره تناوب مدار هوهمان است ، چون انتقال در نیمی از دوره تناوب به صورت کامل انجام می گیرد .

انتقال هوهمان تعمیم یافته

برای اینکه یک مدار کاملا دایروی داشته باشیم باید انرژی مدار دقیقا یک مقدار مشخص باشد. این مسئله غیر ممکن است چون عدم قطعیتی که در انجام یک پروژه وجود دارد به مراتب از دقت انرژی مدار بیشتر است . در هر صورت ما باید به دنبال یک انتقال دو ضربه ای بین مدار های بیضوی هم محور باشیم . به این نوع مانور مدار ، انتقال هوهمان تعمیم یافته می گویند . به شکل زیر توجه کنید :

Maneuver 10.png

به دو نکته زیر باید توجه کرد :

1- محور های اصلی هر دو بیضی باید کاملا بر هم منطبق باشند به طوری که بیضی انتقال در نقاط اوج یا حضیض به دو مدار مماس باشد .

2- همان طور که در شکل می بینید در این شرایط دو مدار انتقال هوهمان وجود دارد . که یکی از آنها از لحاظ انرژی به صرفه تر است . اما بسته به نیازی که از انجام مانور داریم از هر دو می‌توان استفاده کرد .محاسبات مربوط به اندازه ضربه ها نیز مانند انتقال هوهمان دایروی است . اندازه تغییر سرعتی که باید به سفینه اعمال کنیم برابر با اختلاف سرعت درمدار اولیه و مدار هوهمان است .

برای مثال در انتقال شماره 3 ، که از حضیض مدار 1 به اوج مدار 2 انجام شده است .در این انتقال حضیض مدار هوهمان به حضیض مدار 1 و اوج مدار هوهمان بهاوج مدار 2 مماس است . اندازه تغییر سرعت اولیه برابر با اختلاف سرعت حضیض مدار هوهمان وحضیض مدار1 و اندازه تغییر سرعت دوم برابر با اختلاف سرعت اوج مدار 2 و اوج مدار 3 است .

در نهایت به این نکته اشاره می کنیم که انتقال هوهمان تعمیم یافته می‌تواند بین مدارهای بیضی و هزلولی یا مدار های بیضی و سهمی و هر دو مداردیگری به شرط هم محور بودن دو مدار انجام شود .

مانور تغییر فاز (phasing maneuvers) :

مانور تغییر فاز برای تغییر مکان ماهواره در مدار خودش مورد استفاده قرار می گیرد .

برای مثال دو سفینه در مکان های مختلف یک مدار به دور زمین در حال گردش هستند ، یکی از این سفینه ها با انجام یک مانور تغییر فاز می‌تواند خود را به سفینه دیگر برساند .

به عنوان یک مثال دیگر یک ماهواره زمین ثابت (GEO) در سرسوی ناظری با طول جغرافیایی60 درجه غربی قرار دارد و می خواهد خود را به سرسوی ناظری در طول جغرافیایی 72 درجه غربی برساند . به شکل زیر توجه کنید :

Maneuver 12.png

برای انجام یک مانور تغییر فاز با نقطه هدف به عنوان یک جسم فیزیکی رفتار می کنیم . بدین ترتیب که ابتدا ماهواره یا سفینه مورد نظر را که می خواهیم مکانش را در مدار تغییر دهیم ، به یک مدار دیگرمنتقل می کنیم به نحوی که مدار جدید بر مدار قبلی مماس است و دوره تناوب ماهواره در این مدار به گونه ای است که وقتی به نقطه تماس دو مدار می‌رسد ، نقطه هدف در مدار اولیه نیز به همان جا برسد .

برای مثال به ماهواره ی Pکه در شکل بالا در مدار GEO قرار داشت توجه کنید . می خواهیم این ماهواره را به نقطه B برسانیم . برای این کار ابتدا در نقطه P به آن یک ضربه وارد می کنیم تا وارد مدار 2 شود . دوره تناوب مدار 2 از مدار 1 بیشتر است و باید به گونه ای باشد که وقتی ماهواره ، به نقطه P رسید ، نقطه B در مدار 1 ، یک دور کامل به علاوه 12 درجه به جلو حرکت کرده باشد . سپس دوباره به ماهواره در همان نقطه قبلی ضربه ای وارد می کنیم و آن را به مدار1 بازمی گردانیم .

نکته 1 : اگر بخواهیم ماهواره را در مدارش به عقب ببریم (مانند ماهواره شکل بالا که در مدارش 12 درجه به عقب رفت ) باید ماهواره را وارد یک مدار ثانویه با دوره تناوبی بیش از مدار اولیه بکنیم یعنی مدار انتقال بزرگتر از مدار اولیه است . در حالی که اگر بخواهیم ماهواره را به جلو ببریم باید آن را به مداری با دوره تناوبی کمتر از مدار اولیه منتقل کنیم یعنی مدار انتقال کوچکتر از مدار اولیه است .

نکته 2 : نقطه ای که ضربه اولیه به ماهواره وارد می شود حضیض یا اوج مدار ثانویه است .

نکته 3 : در این نوع انتقال اندازه ضربه اولیه و ثانویه برابر است چون هر دو ضربه را در یک نقطه به ماهواره وارد می کنیم .

نکته 4 : نیازی نیست که ماهواره در مدار ثانویه پس از یک دور گردش به نقطه هدف برسد . برای مثال در شکل بالا می‌توانیم ماهواره را به مداری منتقل کنیم که پس از هر دور گردش به دور زمین 4 درجه به نقطه هدف نزدیکتر شود (یعنی یک دوره تناوب ماهواره برابر است با یک دوره تناوب نقطه هدف به علاوه زمانی که 4 درجه در مدارش به جلو حرکت می کند) در نتیجه ماهواره پس از 3 دور گردش در مدار انتقال به نقطه هدف می رسد .

منبع

فروم نجومی آوااستار