Orbita parkingowa

Orbita parkingowa to tymczasowa orbita używana podczas startu statku kosmicznego . Rakieta nośna wznosi się na orbitę parkingową, po czym przez chwilę jedzie wybiegiem, a następnie ponownie odpala, aby wejść na ostateczną pożądaną trajektorię. Alternatywą dla orbity parkingowej jest bezpośredni wtrysk , w którym rakieta strzela w sposób ciągły (z wyjątkiem postoju), aż do wyczerpania paliwa, kończąc na ładunku na końcowej trajektorii . Technologia ta została po raz pierwszy zastosowana przez radziecką Wenera 1 na Wenus.

Powody użycia

Statek kosmiczny geostacjonarny

Geostacjonarne statki kosmiczne wymagają orbity w płaszczyźnie równika. Dotarcie tam wymaga geostacjonarnej orbity transferowej z apogeum bezpośrednio nad równikiem. O ile samo miejsce startu nie znajduje się dość blisko równika, wystrzelenie statku kosmicznego bezpośrednio na taką orbitę wymaga niepraktycznie dużej ilości paliwa. Zamiast tego jednostka jest umieszczana z górnym stopniem na nachylonej orbicie parkingowej. Kiedy statek przekracza równik, górny stopień jest odpalany, aby podnieść apogeum statku kosmicznego do wysokości geostacjonarnej (i często również zmniejszyć nachylenie orbity transferowej). Wreszcie wymagane jest wypalenie cyrkulacyjne , aby podnieść perygeum do tej samej wysokości i usunąć wszelkie pozostałe nachylenie.

Transksiężycowy lub międzyplanetarny statek kosmiczny

Orbita parkingowa dla jednej z pierwszych misji Rangerów na Księżyc. Należy pamiętać, że kąt uruchomienia różni się w zależności od czasu uruchomienia w oknie uruchamiania.

Aby dotrzeć na Księżyc lub planetę w żądanym czasie, statek kosmiczny musi zostać wystrzelony w ograniczonym zakresie czasu, zwanym oknem startowym . Korzystanie ze wstępnej orbity postojowej przed końcowym wstrzyknięciem może wydłużyć to okno z sekund lub minut do kilku godzin. W przypadku załogowych misji księżycowych programu Apollo orbita parkingowa dawała czas na sprawdzenie statku kosmicznego, gdy był jeszcze blisko domu, przed wyruszeniem w podróż na Księżyc.

Wyzwania projektowe

Korzystanie z orbity parkingowej może wiązać się z wieloma wyzwaniami technicznymi. Na przykład podczas rozwoju Centaura zauważono następujące problemy, które należało rozwiązać:

Oparzenie iniekcyjne występuje w warunkach zerowej grawitacji .
Jeśli ten sam górny stopień, który wykonuje wtrysk na orbitę postojową, jest używany do końcowego wypalenia wtrysku, wymagany jest ponownie uruchamiany silnik rakietowy na paliwo ciekłe .
Podczas wybrzeża orbity postojowej paliwa będą odpływać od dna zbiornika i wlotów pompy. Należy temu zaradzić, stosując membrany zbiornikowe lub rakiety ulażowe , aby osadzić paliwo z powrotem na dnie zbiornika.
system kontroli reakcji , aby odpowiednio ustawić scenę do końcowego spalania i być może ustalić odpowiednią orientację termiczną podczas wybiegu.
Kriogeniczne propelenty muszą być przechowywane w dobrze izolowanych zbiornikach, aby zapobiec nadmiernemu wyparowaniu podczas wybrzeży.
Żywotność baterii i innych materiałów eksploatacyjnych musi być wystarczająca na czas wybiegu postojowego i końcowego wtrysku.

Centaur i Agena górnych stopni zostały zaprojektowane do restartów i często były używane w misjach wykorzystujących orbity parkingowe . Ostatnia Agena poleciał w 1987 roku, ale Centaur jest nadal w produkcji. Briz -M jest również zdolny do wybiegu i ponownego startu i często pełni tę samą rolę w przypadku rosyjskich rakiet.

Przykłady

Program Apollo wykorzystywał orbity parkingowe ze wszystkich powodów wymienionych powyżej, z wyjątkiem tych, które dotyczą orbit geostacjonarnych.
Gdy orbiter promu kosmicznego wystrzelił sondy międzyplanetarne, takie jak Galileo , wykorzystał orbitę parkingową, aby dostarczyć sondę we właściwe miejsce wstrzyknięcia.
Ariane 5 zwykle nie korzysta z orbit parkingowych. Upraszcza to wyrzutnię, ponieważ wielokrotne ponowne uruchamianie nie jest potrzebne, a kara jest niewielka dla ich typowej GTO , ponieważ ich miejsce startu znajduje się blisko równika. Rzadziej używany drugi stopień, Ariane-5ES , ma możliwość wielokrotnego ponownego uruchamiania i był używany w misjach, takich jak zautomatyzowany pojazd transportowy (ATV), który wykorzystuje orbity parkingowe.
W dosłownym przykładzie orbity parkingowej ATV mógłby zaparkować na orbicie przez kilka miesięcy, czekając na spotkanie z Międzynarodową Stacją Kosmiczną . Ze względów bezpieczeństwa ATV nie mógł zbliżyć się do stacji, gdy prom kosmiczny był zadokowany lub gdy Sojuz lub Progress manewrował w celu dokowania lub odlotu.