Autore Entrare in orbita "for dummies" ®  (Letto 6145 volte)

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Offline Ripley

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Entrare in orbita "for dummies" ®
« il: 18 Mag 2011, 18:06:02 »
Immagina di stare in piedi ai bordi di uno stagno e di voler lanciare un sasso.
Se lo lanci dritto in alto a 90°, perpendicolarmente sopra di te, sarà meglio che ti scansi, perchè per quanto forte tu lo riesca a tirare, quello non arriverà in acqua, ma ti ricadrà di sicuro sulla testa.
Per farlo arrivare al centro dello stagno, lo devi lanciare con un certo angolo, con una certa traiettoria parabolica.
Nel caso di un sasso, diciamo che lanciarlo a 45°, o poco più, ti assicura la massima gittata raggiungibile.


Entr_In_Orb_Tir_parabola.pngEntrare in orbita "for dummies" ®


Nel caso di un razzo tipo Apollo, Soyuz, o di un veicolo spaziale spinto comunque da razzi come lo Space Shuttle, senza considerare altri fattori e senza farla troppo difficile, si parte verticali dalla rampa di lancio (in effetti si va in verticale, a 90° precisi, solo nell'istante del lift-off) e quasi da subito, man mano che si sale, si abbassa la prua, prima lentamente poi sempre più decisamente, per aumentare la propria velocità tangenziale di fuga (fuga dall'attrazione gravitazionale terrestre), fino ad arrivare con la prua solo pochi gradi sopra l'orizzonte: 10° o meno bastano e avanzano.
Si esegue questa manovra per abbandonare al più presto gli strati più densi dell'atmosfera, dove l'attrito renderebbe impossibile accelerare alla velocità richiesta.

Basta vedere una qualsiasi immagine reale di un lancio per capire la traiettoria seguita:


Shuttle night.jpgEntrare in orbita "for dummies" ®

Lancio di uno Shuttle in notturna


Exp38_SoyuzU_launch.jpgEntrare in orbita "for dummies" ®

Il lancio della Expedition 38 (7 novembre 2013)


Nel caso di navi più o meno di fantasia invece, come il DeltaGliderIV, l'XR1, l'XR2, l'XR5, ecc..., l'unica cosa diversa è il decollo, che avviene in maniera del tutto simile a un normale aereo, cioè da una pista, poi anche con queste navi, dopo aver virato verso la direzione desiderata, si segue un profilo di ascesa simile a quello appena visto, cioè si va "in verticale" con un pitch che inizialmente può variare tra i 60°~80°, per poi essere gradatamente abbassato.

In questo momento è come se tu fossi il sasso di prima lanciato a 45°, e devi ancora raggiungere il punto più alto della tua parabola, prima di ricadere nello stagno.

Ecco come si presenta questa situazione sull'Orbit MFD (a sinistra c'è l'immagine reale dell'MFD, a destra invece ho evidenziato la parte della tua orbita che devi considerare per capire qual'è la tua traiettoria: sei partito dal punto "A" e ricadrai a terra nel punto "B"):


orbit MDF.jpgEntrare in orbita "for dummies" ® orbit MDF arrows.jpgEntrare in orbita "for dummies" ®


Nella prima immagine, il grande cerchio grigio è la superficie terrestre.
La tua posizione attuale è indicata dalla semiretta continua verde (raggio), e il "pallino" vuoto è il tuo Apogeo, cioè il punto più alto dell'orbita, ancora da raggiungere.

La piccola ellissi verde è la tua orbita, e a questo punto appare chiaro che se non fai nulla e continui nella tua traiettoria balistica, la tua velocità verticale passerà prima da positiva a neutra, poi da neutra a negativa, e ricadrai sulla Terra esattamente come fà il sasso nello stagno, seguendo la traiettoria della tua orbita.

Durante l'ascesa in orbita, intorno ai 28/30 km di quota, le superfici aerodinamiche della nave (se stai usando uno spazioplano come il DGIV, o altri...) inizieranno a diventare inefficienti, e non riusciranno più a "fare presa", a causa della rarefazione dell'atmosfera. Te ne accorgerai in quanto il tuo vettore di velocità tenderà a scendere, e la prua non si muoverà in risposta all'input del joystick o dei tasti che stai premendo.
In questo momento dovrai passare al controllo attitudinale, portando il selettore rotativo degli RCS (Reaction Control System) sulla posizione ROT (rotation).
Da adesso puoi mettere da parte il joystick e passare a controllare il resto dell'ascesa con il tastierino numerico.

Arrivato a una certa velocità, puoi spegnere i motori e attendere l'arrivo sul tuo Apogeo (punto più alto dell'orbita).
SE e QUANDO spegnere eventualmente i motori dipende dalla situazione del momento, che si deve imparare a valutare volta per volta.
In linea di massima, diciamo che se manca ancora parecchio all'Apogeo, e abbiamo già una considerevole velocità (cioè la nostra orbita ha già iniziato a espandersi), e tenendo conto che la nostra velocità orbitale finale sarà all'incirca di 7,7 km al secondo, possiamo tranquillamente spegnere i motori, risparmiare carburante, e attendere di essere più vicini all'Apogeo per effettuare la manovra di circolarizzazione.

Nell'immagine seguente, per esempio, i nostri dati indicano un'altitudine (Alt) di 178,8 km, una quota di Apogeo (ApA) di 329,1 km, e abbiamo una velocità (Vel) di 6.589 m/s, cioè poco più di 6 km e mezzo al secondo.
L'indicatore dell'Apogeo è purtroppo "nascosto" sulla prima riga di testo (dove dice "SMa 5.091M"), comunque si intuisce la sua posizione, e questa potrebbe essere una di quelle situazioni che ci permettono di spegnere i motori. Infatti, grazie alla spinta di accensione e al profilo di volo seguito, dobbiamo in pratica ancora quasi raddoppiare la nostra quota attuale, e lo possiamo fare "gratis", senza consumare inutilmente prezioso carburante.


orbit spegni.jpgEntrare in orbita "for dummies" ®



Osserva il parametro ApT, che indica quanti secondi mancano al raggiungimento dell'Apogeo. Poco prima che questo arrivi a zero (avrai un vettore di velocità pressochè parallelo rispetto alla superficie terrestre) ti orienti PROGRADE premendo l'apposito pulsante sul pannello comandi, cioè con la prua in direzione del tuo vettore di velocità, e dai motore, aggiungendo energia nel tuo punto di massima altezza, dove è massima anche l'efficienza dei motori.

Non vuoi certo aggiungere velocità "a salire" adesso, sarebbe solo energia sprecata. Sei già al tuo Apogeo, quindi nel punto più alto che puoi raggiungere grazie all'energia (carburante) spesa finora. Ora, grazie anche all'autopilota PROGRADE che ti mantiene in posizione, devi solo aggiungere velocità tangenziale per mantenere questa quota.

Come puoi vedere nell'immagine seguente, il raggio che indica la tua attuale posizione ora quasi tocca l'Apogeo, e la tua orbita ha iniziato a "espandersi", grazie all'accensione dei motori.

Ecco come si presenta questa situazione sull'Orbit MFD:


MDF orbita in espansione.jpgEntrare in orbita "for dummies" ®


...E nella realtà (foto di Bryan Rapoza):


Entrata in Orbita sts131.jpgEntrare in orbita "for dummies" ®


Solo ora potrai vedere sull'Orbit MFD come il tuo Perigeo (il punto più basso dell'orbita) inizi ad aumentare sensibilmente (e velocemente) di quota. Fino a questo momento era rimasto ben sotto la superficie terrestre, ora invece inizia ad alzarsi, e il trucco per arrivare in un'orbita stabile (circolare) è portarlo alla stessa altezza dell'Apogeo (ma fuori dall'atmosfera, sennò l'attrito con essa ti rallenta e ti fà ricadere giù).

Inizia a diminuire la manetta per non alzare troppo il Perigeo rispetto all'Apogeo, e tieni d'occhio l'eccentricità della tua orbita (il parametro Ecc dell'Orbit MFD).
Quando questo parametro arriverà a zero (Ecc=0.0000), la tua orbita sarà circolare.
Se non riesci a circolarizzarla subito, potrai farlo a ogni tuo prossimo passaggio su uno degli apsidi (Apogeo o Perigeo).

Nota: la regola "veloce" per circolarizzare un'orbita dice di accendere in PROgrade all'Apoasse e di accendere in RETROgrade al Periasse.

Quello che c'è da capire, specie all'inizio, è che non esiste una quota "magica" in cui si "galleggia" e si resta in orbita.

Essere in un'orbita stabile e circolare (anche nel cosiddetto "vuoto") non significa che non si sia comunque soggetti a una componente di gravità che attrae verso il corpo orbitato, per cui si deve sempre mantenere una velocità minima (in termini assoluti molto alta) per restare "in equilibrio" e non cadere giù.
D'altronde, il fatto stesso di orbitare intorno a un corpo, implica il fatto di essere soggetti alla sua attrazione gravitazionale, di essere cioè nella sua "sfera di influenza" gravitazionale (SOI).


Un'orbita è...una caduta continua

Un'orbita è una caduta continua, ma con una tale velocità tangenziale da vincere l'attrazione gravitazionale e "cadere paralleli" alla superficie orbitata, piuttosto che giù, verso di essa.
La velocità centrifuga che abbiamo raggiunto controbilancia l'attrazione gravitazionale.

In questa sequenza di fotogrammi si vede l'ascesa e il raggiungimento di un'orbita stabile:


Orbita animata.gifEntrare in orbita "for dummies" ®

Vuoi sapere come ho creato questa animazione? Clicca qui


Nell'ultimo fotogramma Apogeo e Perigeo appaiono ruotati e improvvisamente "scambiati di posto".
È una cosa normale: quando l'orbita è perfettamente circolare, basta una minima differenza di quota in più o in meno per farli ruotare.
Esempio:
Mettiamo il caso che i nostri Apogeo e Perigeo abbiano una quota di 300km esatti, precisi e stabili (una condizione alquanto difficile da ottenere in realtà).
Già qui notiamo un'incongruenza: sappiamo che il Perigeo è per definizione "il punto più basso di un'orbita" (e viceversa per l'Apogeo), ma il nostro Perigeo ha la stessa identica quota dell'Apogeo. Come facciamo quindi a definirlo "Perigeo"? Nell'istante in cui le due quote sono identiche, la definizione (e la posizione) dei due punti diventa interscambiabile.



Se stiamo salendo in orbita per raggiungere, per esempio, una stazione orbitante (ISS, MIR, ecc...), potremo iniziare la manovra di allineamento dei piani orbitali già durante l'ascesa.
« Ultima modifica: 02 Dic 2017, 10:47:22 da Ripley »
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Offline LG965

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Re: Entrare in orbita "for dummies" ®
« Risposta #1 il: 30 Giu 2011, 12:54:36 »
bella spiegazione, aggiungerei un paio di illustrazioni, una con apogeo e perigeo durante la salita e l'altra con i due punti in un'orbita stabile.
Un saluto e un sorriso rallegrano l'anima.

Offline Ripley

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Re: Entrare in orbita "for dummies" ®
« Risposta #2 il: 30 Giu 2011, 15:51:08 »
Fatto Kommander!
Meglio così?
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Offline LG965

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Re: Entrare in orbita "for dummies" ®
« Risposta #3 il: 30 Giu 2011, 16:32:39 »
yess  :wink:
Un saluto e un sorriso rallegrano l'anima.

Offline vincent

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Re: Entrare in orbita "for dummies" ®
« Risposta #4 il: 09 Ott 2011, 10:14:17 »
Voglio ringraziare Ripley che con i suoi tutorial in neanche 4 giorni mi ha insegnato a pilotare il DG, ad entrare e a mantenere un'orbita stabile intorno alla Terra. Grazie!
« Ultima modifica: 10 Ott 2011, 14:37:10 da Ripley »

Offline Ripley

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Re: Entrare in orbita "for dummies" ®
« Risposta #5 il: 09 Ott 2011, 21:24:52 »
De nada Vincent!
 :good:
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