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Grundlegende Flugmanöver

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17 Grundlegende Flugmanöver

Die folgenden Flugtechniken sind größtenteils meine eigene Erfindung. Sie erscheinen plausibel, aber da ich kein Raumfahrtexperte bin (obwohl ein begeisterter Amateur), können sie ineffizient oder schlichtweg falsch sein. Korrekturen und Anregungen sind jederzeit willkommen.

17.1 Oberflächenflug

lation results Unter Oberflächenflug verstehe ich Flugbahnen in der Nähe einer Planetenoberfläche, die keine Umlaufbahnen sind, d. h. wo dem Gravitationsfeld des Planeten durch Anlegen eines Beschleunigungsvektors entgegengewirkt werden muss, und nicht der freien Fallsituation einer Umlaufbahn. Übertragungen von Oberfläche zu Oberfläche (von einer Oberflächenbasis zu einer anderen) beinhalten typischerweise einen Oberflächenflug.

Wenn der Planet keine Atmosphäre hat

In diesem Fall sind die einzigen Kräfte, die auf Ihr Schiff wirken, das Gravitationsfeld des Planeten und die Schubvektoren, die Sie anwenden. Vor allem gibt es keine atmosphärische Reibung, um die „Fluggeschwindigkeit“ des Schiffes zu reduzieren. Dies führt zu einem Flugmodell, das sich von einem normalen Flugzeug ziemlich unterscheidet. Die einfachste, aber wahrscheinlich nicht die effizienteste Strategie für den Oberflächenflug ist:

•Verwenden Sie Schwebestrahlruder, um die Gravitationsbeschleunigung auszugleichen (kann automatisch mit dem Navigationsmodus "Höhe halten" erfolgen). Dies bedeutet auch, dass das Schiff auf Höhe des Horizonts gehalten werden sollte.

•Navigieren Sie mit kurzen Hauptstrahlruderstößen.

•Bei hohen horizontalen Geschwindigkeiten kann sich die Flugbahn einer Orbitalbahn nähern. In diesem Fall müssen die Schwebestrahlruder reduziert werden, um die Höhe zu halten. Im Extremfall einer horizontalen Geschwindigkeit, die die Umlaufgeschwindigkeit einer Kreisbahn bei Nullhöhe überschreitet, gewinnt das Schiff selbst bei ausgekuppelten Schwebestrahlrudern an Höhe. Das bedeutet, dass Sie bei Periapsis in eine elliptische Umlaufbahn eingetreten sind.

Wenn der Planet eine Atmosphäre hat

Beim Durchfliegen einer Atmosphäre ähnelt das Flugmodell dem eines Flugzeugs, insbesondere wenn Ihr Schiff im Wesentlichen ein Flugzeug ist, d. h. über Tragflächen verfügt, die einen Auftriebsvektor als Funktion der Fluggeschwindigkeit erzeugen. Wie bei einem Flugzeug müssen Sie kontinuierlich Schub ausüben, um der atmosphärischen Reibung entgegenzuwirken und eine konstante Fluggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Wenn Ihr Schiff Auftrieb erzeugt, sind Schwebestrahlruder nicht erforderlich, es sei denn, die Fluggeschwindigkeit fällt unter die Überziehgeschwindigkeit (z. B. beim vertikalen Abheben und Landen). Wenn Ihr Schiff keinen Auftriebsvektor erzeugt, müssen Schwebestrahlruder ersetzt werden, oder das Schiff muss so gekippt werden, dass die Hauptstrahlruder eine vertikale Komponente liefern, um dem Gravitationsfeld entgegenzuwirken. Beachten Sie, dass der von den Triebwerken erzeugte „Auftrieb“ unabhängig von der Fluggeschwindigkeit ist.

17.2 Start in die Umlaufbahn

Der Start von einer Planetenoberfläche und das Eintreten in eine niedrige Umlaufbahn ist eines der grundlegendsten Probleme der Raumfahrt. Während des frühen Teils des Starts muss das Schiff vertikalen Schub ausüben, um das Gravitationsfeld zu überwinden und die Höhe zu gewinnen. Wenn sich das Schiff der gewünschten Höhe nähert, wird die Neigung verringert, um die horizontale Beschleunigungskomponente zu erhöhen, um die Umlaufgeschwindigkeit zu erreichen. Eine stabile Umlaufbahn wird erreicht, sobald der Periapsisabstand über der Planetenoberfläche so hoch ist, dass atmosphärische Reibung vernachlässigt werden kann.

Orbits sollten normalerweise progradiert sein, d. h. in die gleiche Richtung wie die Planetenoberfläche rotieren, um den vom Planeten bereitgestellten anfänglichen Geschwindigkeitsvektor auszunutzen. (Das heißt, auf der Erde sollten Schiffe nach Osten gestartet werden). Dies bedeutet auch, dass Startplätze in der Nähe des Äquators am effizientesten sind, da sie die größte Anfangsgeschwindigkeit bieten.

In der Praxis: (Dies setzt voraus, dass das Schiff zunächst auf der Erdoberfläche platziert wird).

•HUD auf Oberflächenmodus setzen. Rufen Sie die Oberflächen- und Orbit-MFD-Modi auf.

•Schalten Sie die Schwebestrahlruder auf mindestens 10 m/s² ein.

•Sobald Sie die Oberfläche verlassen haben, wenden Sie sich nach Osten (90° auf dem HUD-Kompassband).

•Heben Sie die Nase auf 70° an, während Sie gleichzeitig die vollen Hauptstrahlruder aktivieren.

•Wenn die Luftgeschwindigkeit zunimmt, bringen Sie die Schwebestrahlruder langsam auf Null zurück.

•Wenn Sie an Höhe gewinnen, verringern Sie langsam die Steigung (z. B. 60° bei 20 km, 50° bei 50 km, 40° bei 80 km usw.

•Wenn die gewünschte Höhe erreicht ist (z. B. 200 km), sollten die vertikale Geschwindigkeit und Beschleunigung auf Null sinken. (durch Verringern der Steigung, nicht durch Töten der Triebwerke). Die Steigung kann immer noch > 0 sein, da ein Teil des Schubvektors erforderlich ist, um der Gravitation entgegenzuwirken, bis die volle Umlaufgeschwindigkeit erreicht ist.

•Wenn die Tangentialgeschwindigkeit zunimmt, sollte die Steigung verringert werden, um eine konstante Höhe beizubehalten.

•Sobald die Tangentialgeschwindigkeit für eine Kreisbahn erreicht ist (Exzentrizität = 0) sollten die Triebwerke abgeschaltet werden.

Die Bewegung in eine höhere Umlaufbahn beinhaltet eine prograde Beschleunigung bei P und A (Periapsis und Apoapsis der Transferbahn). Umgekehrt von der höheren in die niedrigere Umlaufbahn erfordert retrograde Beschleunigung bei A und P.

Fall 2: Drehen Sie das Argument der Periapsis einer elliptischen Umlaufbahn (d. h. drehen Sie die Umlaufellipse in seiner Ebene).

•Warten Sie, bis Sie die Periapsis erreichen.

•Drehen Sie das Schiff rückwärts und aktivieren Sie die Hauptstrahlruder, bis die Umlaufbahn kreisförmig ist (Exzentrizität) = 0).

•Warten Sie, bis Sie die gewünschte neue Periapsisposition erreicht haben.

•Drehen Sie das Schiff in die richtige Richtung und aktivieren Sie die Hauptstrahlruder bis zur ursprünglichen Exzentrizität und Apoapsis-Abstände werden wieder hergestellt.

17.4 Rotation der Orbitalebene

Beim Versuch, sich mit einem anderen Objekt im Orbit zu treffen, ändert sich der erforderliche Orbit können oft vereinfacht werden, indem man sie in zwei separate Phasen aufteilt: einen Ebenenwechsel die die Ebene der aktuellen Umlaufbahn in die des Ziels dreht, und weiter in der Ebene Operationen, die nur die Anwendung von Schub in der Ebene der Umlaufbahn erfordern. Wenn Sie befinden sich in derselben Ebene wie Ihr Ziel, die meisten der folgenden Navigationsprobleme werden im Wesentlichen zweidimensional, was sie robuster und viel einfacher macht berechnen.

In Bezug auf die Bahnelemente: Ausrichtung der Bahnebene auf eine Zielebene bedeutet, dass die beiden Elemente übereinstimmen, die die Orientierung der Umlaufbahn im Raum definieren: Neigung (i) und Länge des aufsteigenden Knotens (Ω).

Die Rotation der Orbitalebene erfordert die Anwendung von Schub außerhalb der Ebene. Um die Ebene mit einer Zielebene abzugleichen, sollte in einem der Knoten (den Punkten, an denen die Umlaufbahn den Schnittpunkt der aktuellen und der Zielebene schneidet) senkrecht zur aktuellen Ebene Schub ausgeübt werden. Dadurch wird die Orbitalebene um eine Achse gedreht, die durch Ihren aktuellen Radiusvektor definiert ist.

Der Betrag der Normalen Δv, der erforderlich ist, um um einen gegebenen Winkel Δi zu rotieren, ist proportional zur Bahngeschwindigkeit v. Es ist daher treibstoffeffizienter, die Ebenenänderung dort durchzuführen, wo v klein ist, d. h. in der Nähe des Aphels. Für eine gegebene Knotenlinie ist es effizienter, die Ebenenänderung an dem Knoten durchzuführen, der näher am Aphel liegt. Manchmal kann es sogar sinnvoll sein, die Umlaufbahn vor dem Flugzeugwechselmanöver exzentrischer zu gestalten, damit der Radiusabstand eines der Knoten vergrößert wird.

Notiz:

•Wenn der Winkel zwischen dem anfänglichen und dem Ziel-OP groß ist, kann es erforderlich sein, die Ausrichtung des Raumfahrzeugs während des Manövers anzupassen, um es normal zum OP zu halten.

•Es ist möglicherweise nicht möglich, die Ebene in einer einzelnen Knotenkreuzung auszurichten. Wenn der Winkel zur Zielebene durch Beschleunigung senkrecht zur aktuellen Umlaufbahn nicht weiter reduziert werden kann, schalten Sie die Triebwerke aus und warten Sie auf die nächste Knotenüberquerung.

•Da das Manöver eine endliche Zeit T dauert, sollten die Triebwerke ungefähr ½ΔT aktiviert werden, bevor der Knoten abgefangen wird.

Ausrichtung der Orbitalebene. r_s: Radiusvektor. v_s: Geschwindigkeitsvektor. IN: aufsteigender Knoten. UND: Absteigender Knoten. j_s: Normale der aktuellen Ebene. n_t: Normale der Zielebene.

Die Richtung des Normalenvektors ns wird durch die Richtung des Kreuzprodukts definiert r_s × v_s. Die Beschleunigung sollte in Richtung –n_s im aufsteigenden Knoten (AN) und in Richtung +n_s im absteigenden Knoten (DN) erfolgen. (siehe Fehler! Referenzquelle nicht gefunden.).

In der Praxis:

•Der MFD-Modus Orbitalebene ausrichten (siehe Abschnitt 14.8) soll die Ebenenausrichtung unterstützen. Wählen Sie das Zielobjekt aus (ShiftT).

•Das HUD sollte sich im Orbit-Modus befinden. Wenn sich Ihr Schiff dem Schnittpunkt mit der Zielebene nähert, drehen Sie es in eine normale (bei DN) oder antinormale (bei AN) Ausrichtung zur aktuellen Orbitalebene. Es gibt automatisierte RCS-Sequenzen (; und ') zur Verfügung, um die erforderliche Ausrichtung durchzuführen. Verwenden Sie die HUD Orbit-Neigungsleiter, um den Fortschritt zu überwachen.

•Sobald die Zeit bis zum Knoten (Tn) die Hälfte der geschätzten Brenndauer (TthA bzw TthD für AN und DN) erreicht, beginnt die Anzeige „Druckgeber einkuppeln“ zu blinken. Volle Hauptstrahlruder aktivieren. Stellen Sie sicher, dass die relative Neigung (RInc) abnimmt, d. h. die Änderungsrate (Rate) ist negativ, andernfalls zeigen Sie möglicherweise in die falsche Richtung.

•Passen Sie die Ausrichtung des Schiffes nach Bedarf an, um die Normale zur Orbitalebene zu halten (die automatisierten RCS-Sequenzen erledigen dies für Sie).

•Schalten Sie die Triebwerke aus, sobald die Aktionsanzeige wieder auf „Kill Thruster“ zurückkehrt.

•Wenn die relative Neigung nicht ausreichend reduziert wurde, wiederholen Sie den Vorgang beim nächsten Knotendurchgang.

•Achten Sie während des Manövers darauf, dass Ihre Umlaufbahn nicht instabil wird. Achten Sie insbesondere auf die Exzentrizität (verwenden Sie das Orbit-MFD, um dies zu überwachen).

17.5 Synchronisieren von Bahnen

In diesem Abschnitt wird davon ausgegangen, dass die Orbitalebenen von Schiff und Ziel ausgerichtet wurden (siehe vorheriger Abschnitt).

Der nächste Schritt bei einem Rendezvous-Manöver nach dem Ausrichten der Orbitalebenen besteht darin, die Umlaufbahn in der Ebene so zu ändern, dass sie die Umlaufbahn des Ziels schneidet und sowohl Schiff als auch Ziel gleichzeitig am Abfangpunkt ankommen. Verwenden Sie das MFD Synchronize Orbit, um den entsprechenden Orbit zu berechnen.

Der Einfachheit halber nehmen wir zunächst an, dass sich Schiff und Ziel auf einer Kreisbahn mit gleichem Bahnradius befinden (zum Synchronisieren des Bahnradius siehe Abschnitt 17.3), d. h. beide Objekte haben bis auf die mittlere Anomalie die gleichen Bahnelemente. Die Methode zum Abfangen des Ziels ist dann wie folgt:

•Schalten Sie den Referenzmodus des Synchronize Orbit MFD auf „Manual“ und drehen Sie die Achse auf Ihre aktuelle Position.

•Drehen Sie Ihr Schiff auf den richtigen Stand (im Orbit HUD-Modus) und feuern Sie die Hauptstrahlruder ab.

•Die Umlaufbahn wird mit zunehmender Apoapsis-Distanz elliptisch. Periapsis ist Ihre aktuelle Position. Gleichzeitig erhöhen sich die Umlaufdauer und die Zeiten bis zur Referenzachse.

•Töte Triebwerke, sobald eine der Sh-ToR-Zeiten mit einer der Tg-ToR-Zeiten übereinstimmt.

•Dann müssen Sie nur noch warten, bis Sie das Ziel an der Bezugsachse abfangen.

•Beim Abfangen feuern die Triebwerke rückläufig, um zur kreisförmigen Umlaufbahn zurückzukehren und die Geschwindigkeit mit dem Ziel abzugleichen.

Eine Übergangsbahn, um das Ziel bei der nächsten Periapsis-Passage abzufangen.

Anmerkungen: • Anstatt die Apoapsis-Distanz zu vergrößern, könnte man retrograd feuern und reduzieren die Periapsis-Distanz bei diesem Manöver. Dies kann effizienter sein, wenn das Ziel vor dem Schiff. Aber achten Sie darauf, dass die Periapsis nicht gefährlich tief wird!

•Es sollte immer möglich sein, Ihren nächsten ToR (Orbit 0) mit dem ToR des Ziels auf Orbit 1 abzugleichen. Wenn Sie wenig Treibstoff haben, kann es jedoch besser sein, spätere Orbits abzugleichen, wenn dies mit weniger Verzerrungen zum Original erreicht werden kann Orbit. Wenn das Ziel beispielsweise nur knapp vor Ihnen liegt, müssen Sie Ihre Umlaufzeit fast verdoppeln, um es in der nächsten Umlaufbahn abzufangen.

•Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Bahnen zu Beginn des Manövers identisch oder kreisförmig sind. Es reicht aus, wenn sie sich kreuzen. In diesem Fall ist es am besten, den Referenzmodus Schnittpunkt 1 oder 2 im Synchronize MFD zu verwenden.

•Sie müssen nicht unbedingt warten, bis Sie den Referenzpunkt erreicht haben, bevor Sie die Triebwerke abfeuern, aber es vereinfacht die Sache, da sich sonst der Schnittpunkt selbst verschiebt, was die Ausrichtung der Orbit-Timings erschwert.

17.6 Landung (Landebahnanflug)

Einige der Raumfahrzeuge von Orbiter unterstützen angetriebene oder nicht angetriebene Landebahnanflüge, ähnlich wie normale Flugzeuge. Beispiele sind der Delta-Segelflugzeug und das Space Shuttle. Die Shuttle Landing Facility (SLF) am Kennedy Space Center bietet eine gute Gelegenheit zum Üben von Landeanflügen.

Visuelle Anflugindikatoren

Die visuellen Anflughilfen am SLF sind für Shuttle-Landungen ausgelegt. Sie umfassen einen Precision Approach Path Indicator (PAPI) für die Ausrichtung des Gleitwegs über große Entfernungen und einen Visual Approach Slope Indicator (VASI) für die Ausrichtung auf kurze Entfernungen. Der PAPI ist für einen Gleitweg von 20° ausgelegt (ca. 6-mal so steil wie ein Standard-Flugzeuganflug!). Der VASI ist während des letzten Aufflackerns vor dem Aufsetzen auf eine Neigung von 1,5° eingestellt.

Anzeige des präzisen Anflugwegs

Die PAPI besteht aus einem Array von 4 Lichtern, die dem Piloten je nach Position über oder unter dem Gleitpfad weiß oder rot erscheinen. An der richtigen Steigung gibt es 2 weiße und 2 rote Lichter (siehe Abbildung). Im Orbiter gibt es 2 PAPI-Einheiten pro Anflugrichtung beim SLF, die sich etwa 2000 Meter vor der Landebahnschwelle befinden.

PAPI-Indikatorsignale

Visuelle Annäherungsneigungsanzeige

Das VASI besteht aus einem roten Lichterbalken und einem Satz weißer Lichter davor. Bei der richtigen Neigung werden die weißen Lichter mit dem roten Balken ausgerichtet. (Siehe Abbildung). Beim SLF befindet sich der VASI etwa 670 Meter hinter der Pistenschwelle.

VASI-Anzeigesignale

SLF Shuttle Anflugweg

17.7 Docking

Das Andocken an eine Orbitalstation ist der letzte Schritt des Rendezvous-Manövers. Angenommen Sie haben die Zielstation nach den vorherigen Schritten abgefangen, hier besprechen wir der letzte Docking-Ansatz.

•Wählen Sie den Docking-Modus in einem Ihrer MFD-Displays und das Docking-HUD, indem Sie H drücken, bis der Docking-Modus ausgewählt ist.

•Stellen Sie einen Ihrer NAV-Empfänger auf die XPDR-Frequenz des Senders ein, falls verfügbar. Die Frequenz ist im Informationsblatt des Senders aufgeführt (CrtlI).

•Verbinden Sie das Docking-MFD und das Docking-HUD mit diesem NAV-Empfänger (ShiftN und CtrlR, bzw).

•Falls noch nicht geschehen, synchronisieren Sie die Relativgeschwindigkeit, indem Sie das Schiff drehen, bis es mit der Relativgeschwindigkeitsmarkierung (Ꚛ) ausgerichtet ist, und die Hauptstrahlruder abfeuern, bis der Geschwindigkeitswert (V) sich Null nähert.

•Drehe das Schiff, um zur Station zu blicken (gelbes Quadrat Markierung).

•Bei einer Reichweite von ca. 10 km, stellen Sie einen NAV-Empfänger auf die IDS-Frequenz (Instrument Docking System) des vorgesehenen Docking-Ports ein, falls verfügbar. Slave-Docking-MFD und Docking-HUD an diesen Empfänger, falls zutreffend. Dadurch werden Orientierungs- und Richtungsinformationen im MFD und eine visuelle Darstellung des Anfahrtsweges im HUD (Rechtecke) angezeigt.

•Bewegen Sie sich auf das am weitesten von der Station entfernte Rechteck des Anfahrwegs und halten Sie die Taste gedrückt.

•Richten Sie den Kurs des Schiffes mit der Flugbahnrichtung mithilfe der „ד-Anzeige im MFD aus.

•Richten Sie die Schiffsposition auf der Anflugbahn mit dem „+“-Indikator im MFD aus. Schalten Sie dazu die Lagetriebwerke in den linearen Modus.

•Richten Sie die Rotation des Schiffes entlang seiner Längsachse aus, indem Sie die Pfeilanzeige im MFD verwenden.

•Nähern Sie sich der Station, indem Sie die Haupttriebwerke kurz betätigen. Korrigieren Sie während des Anflugs Ihre Position kontinuierlich mit Hilfe von Schubdüsen mit linearer Fluglage.

•Verlangsamen Sie die Annäherungsgeschwindigkeit auf weniger als 0,1 m/s, bevor Sie das Dock abfangen.

•Für ein erfolgreiches Andockmanöver müssen Sie sich dem Dock auf weniger als 0,3 m nähern.

•Um sich vom Docking-Port zu lösen, drücken Sie CtrlD.

Ein Frachtschiff der Shuttle-A-Klasse nach erfolgreich abgeschlossenem Andockanflug an die ISS.

Anmerkungen:

•Für eine präzise Lagekontrolle mit der Tastatur verwenden Sie die Lagestrahlruder im „Low Power“-Modus (Strg + Numpad-Taste).

•Die Rotationsausrichtung wird derzeit nicht erzwungen, kann jedoch in zukünftigen Versionen erfolgen.

•Derzeit werden keine Kollisionstests durchgeführt, sodass Sie möglicherweise direkt durch die Station fliegen, wenn Sie den Andockansatz verpassen.

Andocken an Drehstationen

Stationen wie Luna-OB1 drehen sich, um die Zentrifugalkräfte zur Emulation der Schwerkraft zu nutzen – was für ihre Bewohner angenehm ist, das Andocken jedoch etwas komplizierter macht. Andocken ist nur entlang der Drehachse möglich, daher können maximal 2 Docking-Ports bereitgestellt werden. Das Andockverfahren ist ähnlich dem Standardverfahren, jedoch muss die Rotation um die Schiffslängsachse nach Ausrichtung auf die Anflugbahn mit der der Station ausgerichtet werden.

wichtig:

•Initiate your ship‟s longitudinal rotation only immediately before docking (when past the last approach marker). Once you are rotating, linear adjustments become very difficult.

•Sobald die Rotation mit der Station übereinstimmt, drücken Sie nicht versehentlich 5_Num (Töte Rotation) oder Sie müssen die Rotationsausrichtung erneut starten.

Schummeln:

Da derzeit keine Rotationsausrichtung erzwungen wird, können Sie die Rotation der Station einfach ignorieren und direkt einfliegen.