題:
為什麼在Gemini 4上的集合嘗試失敗了?
Suzan Cioc
2013-10-20 22:20:38 UTC
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維基百科中所述,

在第一個軌道上,麥克迪維特試圖與已故的泰坦第二階段會合。由於許多原因,該操作未成功:

NASA的工程師尚未弄清楚與會合有關的軌道力學的特質,這是違反直覺的。只需將航天器推向目標,即可改變其相對於目標的軌道高度和速度。麥迪維特(McDivitt)嘗試這樣做時,由於逆行推力降低了軌道,提高了速度,他發現自己上下移動。

在本地參考系中有沒有解釋?引用“軌道高度”將引用全局參考框架,並且可以。但是在任何參考系中都可以考慮任何集合。局部參考系應具有潮汐力,科里奧利力和其他力的慣性。

如何用這種方式描述情況?

更新

我需要沒有“軌道”概念的解釋。

更新2

假設我們在巨型封閉的航天器中,如 Rama O'Neill圓柱。該航天器在地球軌道上,但我們在裡面,不知道。我們感到失重。現在,如果Rama旋轉,我們會感覺到一些非慣性作用,例如離心力或科里奧利力。

但是假設Rama沒有旋轉。

然後,我們會感到的唯一奇怪的事情是地球的潮汐力。潮汐力意味著所有物體都將周期性地分散到指向(不可見的)地球的軸上。

所以,您想說McDivitt由於潮汐力而失敗了?

很難相信。

UPDATE 3

從我喜歡的任何參考系中考慮任務的可能性是基本的物理原理。您不會說服我做軌道運動是錯誤的。

聽起來您正在想像在平坦時空中處於慣性參考系中。用牛頓的術語來說,您不是,因為您正在加速。用廣義相對論來講,你不是,因為你處在彎曲的時空中。因此,無論哪種方式,您對本地參考框架都是“慣性”的假設都是錯誤的。但是,與軌道周期相比,您的本地參考框架在較短的時間尺度上會表現出慣性。因此,在幾分鐘或更短的時間內,一切都會如您所願。
問題是:如何在本地參考系中描述McDivitt故障。我不堅持認為這是慣性的。如果它不是非慣性的,那麼請在這裡解釋非慣性如何發揮作用。
六 答案:
Anthony X
2013-10-20 23:24:53 UTC
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這更多是一個物理問題,但這裡有:

儘管航天飛機和會合目標之間可能相隔最小距離且相距最小,但它們都是各自在各自軌道上的物體相對速度。

處於理想軌道上的物體始終圍繞著它所繞行的物體的質心在固定的絕對方向平面內移動。軌道始終是橢圓形的,因此,軌道物體的質心佔據橢圓形的焦點之一。完美的圓形軌道只是兩個焦點重合的特殊情況。如開普勒所言,一個軌道物體在相同的時間內覆蓋了相等的區域-在“最高”點傳播最慢,在“最低”點傳播最快。

對軌道物體的任何“推動” ,無論方向如何,都會以某種方式改變其軌道-增加或減少其平均高度,增加或減少偏心率(軌道的橢圓或圓形程度)或改變其行進平面的方向。

考慮一個完美圓形軌道中的物體。沿其軌道額外推動它會增加其軌道能量,從而增加其平均高度。這將導致其軌道變為橢圓形,“爬升”到更高的高度並失去速度,直到到達與受到推動的位置相對的點,然後下降並加速回到該高度,並在推動後立即加速。 p>

因此,想像一下您已經成功地將自己放置在與要集合的對象完全相同的軌道路徑上,並且僅在“後面”一段距離。您發射推進器以推動您“前進”。好吧,您開始向目標移動,但是由於移動速度加快,您開始獲得高度並在目標上方“向上”移動...但是向上移動會使您減速並導致落後!

相反,您可以發射推進器“向下” 。用相同的軌道能量將自己逼到“較低”的點會導致您沿著軌道更快地移動,因此追上去。然後,您會向上方發射推進器,以使其回到接近目標的原始能量狀態(和軌道)。 >

對。向下推,繼續前進。向上推,向後退。向前推,上去。向後推,下去。這些影響是在很大一部分軌道周期的時間尺度上看到的。一旦知道了它是如何工作的,集合點就變得容易得多。
您的描述再次在地心參考系中。我需要沒有任何“軌道”的解釋。在軌道上,我處於自由落體狀態。我不知道地球存在。想像一下,我和我的目標是在大型封閉的宇宙飛船內部,例如Rama(http://en.wikipedia.org/wiki/Rama_%28spacecraft%29)。我為什麼不飛到我推的地方?
似乎排除地心參考係將排除正確的答案。是的,您沒有重量,但是您處於重力井的彎曲空間中。改變動能必須改變相對於地心參考系的勢能。
您確實知道地球存在。即使您以某種方式忽略了下方的藍色巨球。如果您想像自己和另一個物體在盒子中,並且看不到地球或固定恆星作為慣性參考,則只需在盒子內相對移動兩個物體的行為就可以使您很好地了解地球它在那裡,它的質量,它的中心有多遠,在哪個方向上以及您的軌道的離心率。進一步的測量將揭示地球的J2,告訴您軌道相對於地球軸的傾斜度。是的,您知道地球存在。
@DonBranson我可以選擇我喜歡的參考框架。這是基本的物理原理。
蘇珊-不,你不能。
這兩個航天器的參考系略有不同,因為它們在重力井中的不同點。
使用KSP進行測試表明,如果您距目標10公里以內,那麼這種愚蠢的方法就足夠有效,而KSP的行星要小得多。但是,KSP的RCS噴氣式飛機性能超群。
RS Conley
2014-08-22 00:15:39 UTC
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最簡單的答案是,麥克迪維特(McDivitt)將雙子星座飛船推向泰坦第二級,其方向與兩個物體的移動方向相同。兩者分開得足夠遠,雙子座要花幾分鐘才能到達泰坦第二級,並產生大量推力。

如果它們在零重力場中,並且沒有其他作用力。

但是它們在軌道上。因為向土衛六第二階段的推力也與向地球周圍的軌道方向推力相同,所以具有提高雙子座航天器的軌道的效果。由於雙子座現在處於較高的軌道,這導致航天器相對於土衛六的第二階段移動得更慢。

您可以通過以下事實看到這種效果:在200英里高的軌道上運行的航天器繞地球運行大約90分鐘,而在26,200英里的航天器上繞地球大約需要24小時(否則稱為

兩個航天器之間的距離足以使雙子座移位軌道的作用支配著兩個物體之間的相互作用。麥克迪維特(McDivitt)嘗試接近泰坦時,雙子座一直移向更高的軌道,即使他直接向泰坦第二級移動,也產生了相反的直覺效應。

範圍短。但是,您的軌道高度上升或下降的速度不足以產生變化。因此,它在很大程度上可以忽略。

最終,美國宇航局通過正確計時最終到達目標物體的時間來解決了這一問題。相對於航天器,允許目標在地平線上方上升一定角度。航天器在較低的軌道上,開始移動的速度比目標快。然後,指揮官將雙子座直指目標。雷達鎖定了近距離測速儀。

然後,指揮官向目標施加推力。有一種儀器可以顯示到目標的距離和範圍的閉合率。指揮官的工作是將距離的閉合率保持在當前距離的正確位置。通常,通過週期性地向前推動。

如果您從外面看,您會看到雙子座航天器上升並朝著目標,經過下方,然後向上捲曲以停止飛行。在目標的軌道位置前方幾百米處。範圍關閉率。飛行員巴茲·奧爾德林(Buzz Aldrin)然後使用手持式儀器(六分儀等)和圖表告訴吉姆·洛威爾司令部何時施加向前的推力。他們最終成功地完成了會合。

Ján Lalinský
2013-10-21 02:19:43 UTC
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麥克迪維特試圖接近身體T的框架的解釋是這樣的。當他打開推力時,航天器獲得了朝向身體的速度$ \ mathbf v $。科里奧利力$ -2m \ mathbf {\ Omega} \ times \ mathbf v $作用在航天器上,其中$ \ mathbf \ Omega $是物體T在圍繞地球運行的軌道上旋轉的角速度。如果兩個物體最初的高度相同,則科里奧利力會向上作用,從而使航天器在遠離地球的方向上具有一定的速度。這必然使航天器升至更高的高度,潮汐力加上科里奧利力進一步改變了身體的速度,因此實際上它開始從身體T退回(在遠離身體T的更高高度點處的潮汐矢量)。 >

我得出的結論是,這是正確的答案。我忘記了,即使Rama不旋轉,科里奧利力仍然存在-因為整個軌道都是彎曲的。當您嘗試沿路徑移動時,科里奧利將嘗試將您“向上”移動-這與改變軌道相同,但在局部參考系中。
Hobbes
2013-10-21 14:45:05 UTC
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對不起,但是如果不參考軌道就無法解釋這一點。當您進入軌道時,您的海拔高度和線速度(沿軌道方向的速度)密不可分:您的線速度與海拔高度(半徑)的平方根成正比。
因此,速度的任何變化都不可避免地會改變您的軌道。

維基百科上的文章沒有明確說明這一點,但從邏輯上講,雙子座在同一軌道上將一直領先於泰坦階段。這樣其餘的說明才有意義:McDivitt使用指向軌道方向的推進器來嘗試減小距離(即逆行推力)。因此他降低了直線速度,不得不降低軌道。在較低的軌道上,不需要花費很長時間即可完成一個軌道(360度),因此他離開了泰坦舞台。

一切都可以在任何參考框架中描述。描述的複雜性可能會有所不同,但始終存在。
您可以更改參考系,但不能決定忽略地球重力對這兩個航天器的影響。
地球重力的影響變成了潮汐力。如果軌道周期為90分鐘,則潮汐矢量將隨該週期旋轉。如果我們的動作快於90分鐘,那麼我們可以忽略潮汐力矢量旋轉,而可以將其視為恆定的潮汐力。
Pere
2020-05-14 01:16:40 UTC
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該問題在拉瑪(在亞瑟·克拉克(Arthur C. Clarke)的小說“與拉瑪會合”中的大型空心圓柱體”內部的非慣性框架中提出了答案。其他答案是正確的,但是我將嘗試在此特定參考框架中添加一個答案。

讓我們假設我們在圓柱體一個底部的中心,並且我們想跳到圓柱體的中心。相反的基地。為了使該運動類似於Gemini 4的設置,Rama繞地球旋轉,沿其較長軸的方向移動,並始終平行於地球表面-也就是說,Rama旋轉時的旋轉中心在地球中心。

在小說中,Rama正在繞其長軸旋轉以創建人造重力,但是由於它在我們的環境中不起作用,因此我們將停止旋轉。

回到雙子座,在這種情況下,我們將一個巨大的圓柱體放在前基座的中心在目標和後基座的中心在Gemini 4的位置(假設它們的軌道是圓形的)。

在Rama的旋轉參考系中,我們不會感到重力,因為重力將通過離心力精確地平衡。有趣的是,如果我們沿著拉瑪的軸移動,那不會改變,因為離心力和重力都僅取決於距地球中心的距離,並且這種變化會發生變化(假設圓柱體只有幾公里長)。

然後,在我們的參照系中,我們在圓柱體的一端沒有重量,我們只需要朝著另一端的方向筆直跳躍(就像雙子座4一樣)。但是,我們處於旋轉參考系中,我們需要考慮離心力和科里奧利力。

如上所述,離心力並不重要,因為與地球中心的距離不會改變並且保持平衡引力。

但是,由於現在我們在旋轉的參考框架中移動,所以科里奧利力確實很重要。當沿切線方向向前移動時,科里奧利力朝外,我們的跳躍將偏離圓柱的外壁,就像尾隨的航天器加速以捕獲目標並在更高的軌道中終止一樣。

總而言之,可以在旋轉的參考系中解決該問題(至少對於小距離而言),並且科里奧利力會使任何沿其軌道加速的航天器向外偏斜,而使任何降低軌道速度的航天器向內偏斜。

slehar
2018-06-06 15:40:04 UTC
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一個很好的類比是在直道上進行自行車比賽。

要趕上您面前的自行車,您只需用力踩一下。但是,如果您在圓形賽道上,還應該努力“彎道”並採取捷徑,因為您越靠近轉彎中心,越快越過另一輛自行車。如果您試圖將他超越,那麼您必須比他快得多才能彌補更大的弧度。

這是一個不好的類比。在自行車上,您可以選擇圓直徑和速度的任意組合,只要速度低於您的骨密度極限即可。但是在地球軌道上,軌道直徑和速度比由地球的重力決定。如果更改速度,則會更改軌道高度。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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