CristiaPi
07-08-2017, 01:39
Alcuni giorni fa è capitato di parlare dell’aerobraking.
Per avere un’idea di come questa tecnica possa essere applicata in pratica, mi è parso utile preparare qualche grafico per mostrare l’evoluzione delle orbite del Mars Reconnaissance Orbiter che ha raggiunto Marte a marzo del 2006 e ha fatto uso dell’aerobraking per risparmiare una gran quantità di carburante per l’inserimento orbitale.
I dati li ho ottenuti direttamente dai file pubblicati dalla NASA (sezione NAIF):
https://naif.jpl.nasa.gov/pub/naif/MRO/kernels/
Le coordinate visualizzate nei grafici sono riferite all’equatore e all’equinozio medi di Marte J2000. Ho anche riportato le orbite di Phobos e di Deimos.
Questi due grafici mostrano l’orbita iperbolica d’arrivo e alcune orbite di preparazione compiute nei primi 21 giorni:
25326 25327
Il grafico XY è la vista di un osservatore posto sopra al polo nord di Marte, mentre l’altro grafico è una sorta di vista di profilo (siccome l’orbita di MRO non giace esattamente sull’asse XZ, la massima distanza visualizzata nel grafico XZ non corrisponde all’apogeo, che invece arriva a circa 48350 km).
Durante l’avvicinamento, l’orbiter ha raggiunto i 5 km/s quando si trovava ad una quota di circa 650 km, per poi iniziare a correggere la traiettoria con i motori e a decelerare.
La NASA ha voluto stare sul sicuro e l’inserimento è avvenuto ad una quota di 458,5 km (molto alta per Marte) con i primi apogei che sono stati altissimi (poco meno di 45000 km di quota) per risparmiare carburante durante la frenata al perigeo per l’inserimento orbitale.
Durante i successivi 10 giorni, MRO ha continuato ad orbitare senza variazioni significative dell’orbita. Poi sono iniziate le manovre per portare l’orbiter alla quota di aerobraking.
Frenando con i motori in prossimità dell’apogeo, MRO ha iniziato ad abbassare il perigeo fino ad un quota di circa 100 km, come mostrato nel seguente dettaglio:
25328
Da questo momento in poi, è iniziata l’interminabile fase di aerobraking, durata circa 150 giorni:
25329
La traiettoria parte, ovviamente, dall’orbita più esterna, fino ad arrivare ad un’orbita praticamente circolare, vista in questa scala (in realtà l’orbita finale mostrata è 299 x 477 km).
La lunghissima fase di aerobraking è stata imposta dal fatto che l’aumento di temperatura doveva essere mantenuto molto basso, anche considerando che il calore accumulato poteva essere disperso solo per irraggiamento, quindi molto lentamente.
Il Fact Sheet della NASA parla di una riduzione di carburante a bordo dell’orbiter pari a 450 kg, grazie all’utilizzo dell’aerobraking.
Per avere un’idea di come questa tecnica possa essere applicata in pratica, mi è parso utile preparare qualche grafico per mostrare l’evoluzione delle orbite del Mars Reconnaissance Orbiter che ha raggiunto Marte a marzo del 2006 e ha fatto uso dell’aerobraking per risparmiare una gran quantità di carburante per l’inserimento orbitale.
I dati li ho ottenuti direttamente dai file pubblicati dalla NASA (sezione NAIF):
https://naif.jpl.nasa.gov/pub/naif/MRO/kernels/
Le coordinate visualizzate nei grafici sono riferite all’equatore e all’equinozio medi di Marte J2000. Ho anche riportato le orbite di Phobos e di Deimos.
Questi due grafici mostrano l’orbita iperbolica d’arrivo e alcune orbite di preparazione compiute nei primi 21 giorni:
25326 25327
Il grafico XY è la vista di un osservatore posto sopra al polo nord di Marte, mentre l’altro grafico è una sorta di vista di profilo (siccome l’orbita di MRO non giace esattamente sull’asse XZ, la massima distanza visualizzata nel grafico XZ non corrisponde all’apogeo, che invece arriva a circa 48350 km).
Durante l’avvicinamento, l’orbiter ha raggiunto i 5 km/s quando si trovava ad una quota di circa 650 km, per poi iniziare a correggere la traiettoria con i motori e a decelerare.
La NASA ha voluto stare sul sicuro e l’inserimento è avvenuto ad una quota di 458,5 km (molto alta per Marte) con i primi apogei che sono stati altissimi (poco meno di 45000 km di quota) per risparmiare carburante durante la frenata al perigeo per l’inserimento orbitale.
Durante i successivi 10 giorni, MRO ha continuato ad orbitare senza variazioni significative dell’orbita. Poi sono iniziate le manovre per portare l’orbiter alla quota di aerobraking.
Frenando con i motori in prossimità dell’apogeo, MRO ha iniziato ad abbassare il perigeo fino ad un quota di circa 100 km, come mostrato nel seguente dettaglio:
25328
Da questo momento in poi, è iniziata l’interminabile fase di aerobraking, durata circa 150 giorni:
25329
La traiettoria parte, ovviamente, dall’orbita più esterna, fino ad arrivare ad un’orbita praticamente circolare, vista in questa scala (in realtà l’orbita finale mostrata è 299 x 477 km).
La lunghissima fase di aerobraking è stata imposta dal fatto che l’aumento di temperatura doveva essere mantenuto molto basso, anche considerando che il calore accumulato poteva essere disperso solo per irraggiamento, quindi molto lentamente.
Il Fact Sheet della NASA parla di una riduzione di carburante a bordo dell’orbiter pari a 450 kg, grazie all’utilizzo dell’aerobraking.