Warum ist es am energieeffizientesten, die Bahnneigung beim Überqueren des Äquators zu ändern?

Insbesondere ist es am effizientesten, einen Ebenenwechsel an einem der Orte durchzuführen zwei "Knoten", an denen die Ursprungsorbitalebene die Zielebene schneidet. ANASIS-II ist für die geostationäre Umlaufbahn bestimmt, daher ist seine Zielebene die Ebene des Äquators.

Jede Umlaufbahn um einen einzelnen massiven Körper liegt in einer einzelnen Ebene. Es sollte klar sein, dass Sie an keinem Punkt außer einem Punkt direkt über dem Äquator eine Umlaufbahn in der Äquatorialebene betreten können. Aus einer nicht äquatorialen Umlaufbahn kommend gibt es zwei Punkte auf der Umlaufbahn, an denen sich die Ebenen schneiden. Wenn Sie versuchen, einen Brennvorgang durchzuführen, um von einem anderen Ort aus in eine bestimmte Zielumlaufbahn zu gelangen, schieben Sie den Schnittpunkt nur ein wenig weiter um die Umlaufbahn herum.

(Dies ist im Kerbal Space Program sehr einfach zu demonstrieren, aber irgendwie schwer in Worte zu fassen!)

Eine große Hilfe für die Intuition besteht darin, sich an ein Prinzip über Änderungen der Umlaufbahn zu erinnern: Wenn der Motor ausgeschaltet ist, kehrt der Orbiter eine Umlaufbahn später immer zum selben Punkt zurück.

Also für Jede Umlaufbahnänderung, wenn Sie nur ein kurzes Brennen durchführen möchten, muss sich an einem Punkt befinden, der sowohl für die aktuelle Umlaufbahn als auch für die Zielumlaufbahn gleich ist. Dies gilt für Neigungsänderungen, Höhenänderungen und grundsätzlich jede Umlaufbahnänderung. Wenn die Umlaufbahnen keinen gemeinsamen Punkt haben, erfordert die Änderung zwei Verbrennungen und eine Zwischenumlaufbahn, z. B. Hohmann-Transferbahn.

Wie Russells Antwortdetails für eine geostationäre Zielbahn Diese gemeinsamen Punkte liegen immer über dem Äquator. Für z.B. polare Zielbahn, die Punkte wären woanders.

Es ist nicht nur der effizienteste Weg, es ist der einzige Weg, um diese bestimmte Zielbahn zu erreichen.

Wie die anderen Antworten gezeigt haben Eine Änderung der Orbitalneigung muss an den sogenannten aufsteigenden / absteigenden Knoten auftreten, die die beiden Punkte in der Umlaufbahn sind, an denen sich die aktuelle und die Zielorbitalebene schneiden. Jedes Mal, wenn sich ein Raumschiff von einer Umlaufbahn in eine andere bewegt, haben die ursprüngliche Umlaufbahn und die Zielumlaufbahn immer mindestens einen gemeinsamen Punkt - hier ist die Verbrennung aufgetreten. Wenn Sie sich von einer geneigten Umlaufbahn zu einer äquatorialen Umlaufbahn bewegen möchten, muss die Verbrennung an einem von zwei Orten erfolgen, an denen sich die Ebenen schneiden, die sich beide über dem Äquator befinden. Wenn Sie die Verbrennung nicht dort ausführen, wo sich die Umlaufbahnen schneiden, springen Sie niemals auf magische Weise über die Entfernung zwischen den beiden und erreichen niemals die Zielumlaufbahn.

Die Neigung muss angepasst werden, um eine äquatoriale Umlaufbahn zu erreichen, wenn über dem Äquator - es ist nicht nur der effizienteste Weg, es ist der einzige Weg, es zu tun. Sie können möglicherweise die Effizienz Ihres Manövers steigern, indem Sie die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs und die daraus resultierende Delta-V-Änderung minimieren. Dies erfordert die Bewegung in eine größere Umlaufbahn, die Durchführung der Neigungsänderung und die Rückkehr zur ursprünglichen Umlaufbahn. Aber selbst wenn Sie sich in eine breitere Umlaufbahn bewegen, tritt die Neigungsänderung immer noch über dem Äquator auf.

Sie können die Neigung entweder am aufsteigenden oder am absteigenden Knoten anpassen, und dies ist effizienter je nachdem, welche eine höhere Umlaufbahnhöhe hat, da die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs geringer sein wird. Es ist also möglich, dass die betreffende Mission das Brennen am aufsteigenden oder absteigenden Knoten durchgeführt hat, um die Effizienz zu maximieren. Die Tatsache, dass das Manöver über dem Äquator stattfand, hat jedoch überhaupt nichts mit Effizienz zu tun - es ist tatsächlich erforderlich , wenn Sie sich auf eine äquatoriale Umlaufbahn mit einer Neigung von Null bewegen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass man von nirgendwo in die äquatoriale Umlaufbahn eintreten kann, außer über dem Äquator .

Bei ANASIS-II ist die Situation weitaus komplizierter, als dies in zehn Sekunden Livestream erklärt werden kann. Einige allgemeine Regeln für Ebenenänderungen:

1. Sie können nur eine Ebenenänderung an dem Punkt vornehmen, an dem die Ebene Ihrer aktuellen Umlaufbahn die Ebene der Zielumlaufbahn schneidet.
2. Je schneller Sie fahren, desto mehr Kraftstoff wird für einen Ebenenwechsel benötigt.
3. Aufgrund der Funktionsweise der Vektoraddition wird ein Ebenenwechsel gleichzeitig mit einer Höhenänderung durchgeführt. Change Burn ist effizienter als die getrennte Durchführung der beiden.
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Die Zielumlaufbahn für ANASIS-II ist eine geostationäre Umlaufbahn. Um vom Startfeld des Kennedy Space Center dorthin zu gelangen, sind drei Manöver erforderlich:

1. Ein Ebenenwechsel in eine äquatoriale Umlaufbahn über dem Äquator.
2. Ein Einbrennen in den geostationären Transfer Umlaufbahn über dem Äquator.
3. Ein Zirkularisierungsbrand von der geostationären Transferbahn in die geostationäre Umlaufbahn über dem Äquator.
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Beachten Sie etwas? Alle drei Manöver müssen über dem Äquator stattfinden, sodass Manöver 1 entweder mit Manöver 2 oder Manöver 3 kombiniert werden kann. Nach der obigen Regel 2 ist es am effizientesten, es mit 3 zu kombinieren, dem Zirkularisierungsbrand (einem Satelliten am oberen Ende)

Warum hat der ANASIS-II-Start den Ebenenwechsel mit dem Einfügungsbrand kombiniert? Weil es könnte. Die obere Stufe des Falcon 9 kann mehr Treibstoff transportieren, als erforderlich ist, um ANASIS-II in eine geostationäre Transferbahn zu bringen. Daher wurde dieser zusätzliche Treibstoff für den Flugzeugwechsel verwendet. Dies reduziert den Kraftstoffverbrauch von ANASIS-II, um in die Zielumlaufbahn zu gelangen, und erhöht die verbleibende Menge für die Stationierung.

(Wenn Sie genau hinschauen, werden Sie feststellen, dass die "Nach" -Trajektorienlinie des Manövers nicht dem Äquator folgt. Eine Änderung der 28,5-Grad-Ebene in der Erdumlaufbahn ist teuer , und die obere Stufe von Falcon 9 kann nicht genug Kraftstoff transportieren, um dies zu tun. Dennoch bedeutet selbst eine teilweise Änderung eine Verringerung des Änderungsbetrags, der während der Zirkularisierung benötigt wird.)