Перелет Марс-Земля:, баллистические хитрости...

...и атмосферный серфинг.

44 картинки.

Пристегните плечевые ремни, поехали!

План полёта
Для удобства разобьем наш полёт на следующие этапы:

Старт с Марса

Разгон с орбиты Марса

Маневр для перехвата Земли

Совмещение плоскостей орбит и промежуточные коррекции

Коридор входа, аэродинамическое торможение об атмосферу Земли и точная посадка

Подготовка к полёту
Кроме Orbiter'а нам потребуется только один аддон AerobrakeMFD. Для вашего удобства я выложил на Google docs сохранения этапов полёта. Если вы хотите проделать только какую-то часть полёта - скачайте архив и распакуйте в папку Scenarios Орбитера.

Этап 1. Старт с Марса
Перед запуском сценария перейдём в настройки. Включим режим бесконечного топлива и выключим симуляцию повреждений. Последнее необходимо потому, что атмосфера Земли очень плотная, одно неосторожное движение, и у нас отвалятся элероны. Впрочем, если хотите, можете добавить адреналина, включив симуляцию повреждений.

Для старта выберем сценарий из базовой поставки: Delta-glider - Brighton Beach:

После запуска мы оказываемся на Луне. Так и должно быть. Нажав F3, переключимся на другой корабль, который стоит на базе Olympus на Марсе. Его бортовой номер GL-02:

Всё, мы на Марсе:

Добавлено в 15:06
"Проверить давление гидравлических систем - выполнено. Проверить показания систем контроля маршевого реактора - выполнено. Запустить космический эмбиент - выполнено. Карта предстартового контроля выполнена, к взлету готов".

Низкая гравитация Марса позволяет без проблем стартовать вертикально на подъемных двигателях. Включаем автоматическое поддержание уровня горизонта (L) и переводим подъемные двигатели на максимальную тягу. После взлёта убираем шасси, разворачиваемся на курс 90° и начинаем разгон:

В процессе разгона сохраняем режим ориентации по уровню горизонта и плавно прибираем тягу подъемных двигателей. Когда высота апоцентра составит ~100 км, выключаем маршевый двигатель.

В районе апоцентра снова включаем маршевый двигатель и выходим на круговую орбиту вокруг Марса:

Добавлено в 15:08
На высоте 100 км ещё есть какие-то остатки атмосферы, но это нам не страшно - на этой орбите мы будем не больше пары витков. Этап 1 закончен. Сохранение этого момента - файл "01 Низкая марсианская орбита.scn"

Этап 2. Разгон с орбиты Марса

Поскольку Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, нужно тормозить, чтобы выйти на курс, пересекающийся с Землей. Поэтому маневр по сходу с орбиты Марса лучше выполнять на дневной стороне орбиты, чтобы вторая космическая скорость для Марса вычиталась из его орбитальной скорости:

Подготовим МФД к маневру и начнем разгон согласно показаниям МФД "Переход":

Для перехвата Земли нам потребуется выполнить сложный маневр, поэтому на данном этапе прекратим разгон, когда МФД "Орбита" покажет, что мы достигли второй космической и покидаем орбиту Марса:

Добавлено в 15:10
Этап 2 закончен, сохранение - "02 Разгон с орбиты Марса.scn"

Этап 3. Маневр для перехвата Земли

Ускоряем время до тех пор, пока мы не окажемся вне гравитационного влияния Марса:

Планируем маневр для перехвата Земли в МФД "Переход":

Предлагаемое решение рабочее и экономное, и вы вполне можете полететь по этой траектории. Но перелет займет где-то девять месяцев (посмотрите на текущее положение Земли и положение в точке пересечения - Земля пройдёт примерно 3/4 орбиты). Это долго, нельзя ли как-нибудь ускорить перелёт? Да, можно долететь практически в два раза быстрее. Для начала, выполним маневр торможения согласно нашему первоначальному плану:

Добавлено в 15:11
Промежуточное сохранение - "03a Гоманов маневр.scn"

Посмотрите на левый МФД "Синхронизация орбит". Нажатием кнопки MOD на МФД я выбрал не дальнюю точку пересечения нашей орбиты и Земли, а ближнюю. Мы видим, что мы там будем через 14 мегасекунд, а Земля - через 11. То есть, в этой точке она нас обгонит. Значит, нам надо разгоняться, чтобы оказаться в этой точке одновременно с ней. Но каким курсом? Давайте подумаем. Если мы начнем разгоняться по вектору орбитальной скорости, то вернемся к ситуации на прошлом шаге, это не имеет смысла. Если мы будем разгоняться по направлению на Солнце, это тоже не будет иметь смысла, потому что точка пересечения будет смещаться влево, и нам надо будет очень сильно разогнаться, чтобы успеть перехватить Землю буквально по прямой на Солнце. Значит, нам надо разгоняться где-то в диапазоне 30-60° от направления на Солнце:

Попробуем разгон курсом 45° от прямой на Солнце, т.е. относительно вектора орбитальной скорости 315°:

Разница времени заметно падает, но сама точка уходит по орбите вправо. Значит, нужно разгоняться "левее". Ориентируясь на параметр Tg-ToR (через сколько секунд Земля окажется в выбранной точке) и визуально на движения точки на МФД маневрируем в диапазоне курсов 290°-310° пока показатель DTmin не уменьшится до минимума:

Добавлено в 15:12
Обратите внимание на орбиту. Мы разогнались так, будто бы возвращаемся не от Марса, а от Юпитера. Это очень неэффективно с точки зрения топлива, но зато мы будем на Земле меньше чем через 4 месяца. Этап 3 закончен, сохранение - "03b Изменение орбиты.scn"

Этап 4. Совмещение плоскостей орбит и промежуточные коррекции
Проверим угол между плоскостями наших орбит:

Нам не повезло, мы недавно миновали узел, и, чтобы точно совместить плоскости орбит, нам понадобится два маневра. Но это и к лучшему, здесь есть чему поучиться. Во-первых, раз нам не попадется узел до точки встречи с Землей, необходимо его туда переместить. Начинаем обычный маневр совмещения плоскостей орбит. Мы недалеко от нисходящего узла, поэтому будем разгоняться "вверх". Обратите внимание, что линия узлов начнет смещаться. Когда нисходящий узел займет место между нашим текущим положением и точкой встречи с Землей, прекратим маневр:

Отлично, теперь ускорим время до нисходящего узла и точно совместим плоскости орбит уже там: