Bildiğim tüm gezegenler arası sondalar bir park yörüngesine fırlatıldı ve ardından bir aşamayı yeniden başlatmadan veya istenen giden asimptota enjeksiyon yapmak için başka bir aşamayı ateşlemeden önce bu yörüngede bir süre beklediler. Bu, başlatma dönemindeki günlerde uzun başlatma aralıklarına izin vermek için yapılır. Doğrudan fırlatma rampasından gezegenler arası yörüngeye fırlatmak mümkündür ve biraz daha etkilidir, ancak anlık bir fırlatma penceresine sahip olacaksınız ve bu verimliliği elde etmek için fırlatma rampanızın giden yörünge düzlemini geçmesi gerekir. Anlık fırlatma pencereleri risklidir, çünkü olmaması gereken yerde bir tekne gibi bir sorun varsa, o gün denize indirilmezsiniz. İlk önce bir park yörüngesine girmenin sunduğu daha uzun pencereyle, genellikle bir saat veya daha fazla, sorunu çözmek ve yine de başlatmak için vaktiniz var.

(Bir kenara, bir proje üzerinde çalıştım. daha sonra iptal edildi, bu Mars'a fırlatmak için bir Ariane 5 kullanacaktı. Sorun, üst aşamasının o sırada nitelikli bir yeniden başlatma yeteneğine sahip olmamasıydı. Sonuç olarak, doğrudan fırlatma rampasından enjekte etmeyi planlamak zorunda kaldık. park yörüngesi yok. Fransız Guyanası fırlatma alanı tesadüfen bu fırsat için onu isteyeceğimiz yere yakın olsa da, tam olarak doğru değildi, bu yüzden doğru yoldan ilerlemek için bir köpek-bacak manevrası ile bir miktar verimsizliğe maruz kaldık.)

Çoğu durumda park yörüngesindeki bekleme onlarca dakika cinsinden ölçülür. Genellikle sınırlı pil ömrü ile ikinci bir aşamayı yeniden başlatırsınız, bu nedenle bir yörüngeden fazlasını beklemek istemezsiniz. İki hafta veya daha uzun bir başlatma süresine sahip olmak için, optimum günden önce ve sonra daha yüksek enjeksiyon enerjilerindeki bazı verimsizlikleri kabul etmeniz gerekir.

Hindistan, biraz risk içeren ancak daha yüksek verimlilik sunan biraz farklı bir şey yapıyor. En küçük enjeksiyon enerjisi ile Dünya yörüngesinden sabit bir ayrılış günleri vardır. Ne zaman fırlatılırlarsa, Dünya yörüngesinde o kutsanmış güne kadar beklerler ve sonra giderler. Bu, daha uzun ömürlü bir üst aşamaya ihtiyaçları olduğu anlamına gelir. Artı tarafta, enjeksiyon yanığını, her bir perigee uygulanan birkaç parçaya bölmek, motorun, tüm yakıtı Dünya'ya yakın tek bir yanıkta akıtmaya çalışan tipik bir üst kademe motorundan çok daha küçük ve daha hafif olmasını sağlar.

Diğer cevaplarda da belirtildiği gibi, enjeksiyon yanıkları ister 20 dakika sonra ister 20 gün sonra yapılmış olsun, birim başına maksimum enerji değişimi $ \ Delta V $ için perigee'de yapılır. Sırf eğlence olsun diye buraya bir denklem atacağım. Temel fizikte kinetik enerji denklemini öğrenirsiniz: $ K = {m v ^ 2 \ over 2} $. Bunu $ v $ 'a göre ayırt ederseniz, $ dK = m v \, dv $ elde edersiniz. Yani enerjideki değişimin hızın çarpı $ \ Delta V $ ile orantılı. Ne kadar hızlı giderseniz, sabit bir $ \ Delta V $ için enerjide o kadar fazla değişiklik elde edersiniz. Perigee'de en hızlı gidiyorsun. Bu, Oberth etkisi olarak bilinir.

@Ame'nin de bahsettiği gibi, çoğu ABD / Rus roketinin yaptığı gibi roketin tek seferde oraya koyacak kadar yakıtı yoktu. Bununla birlikte, yörünge manevrasının arkasındaki gerçek fizik, tanımlanandan biraz farklıdır. Spesifik olarak, fizik Oberth etkisi olarak adlandırılır. Bunun kısa açıklaması, bir roket fırlatmasının perigee'de yapıldığında daha etkili olduğudur. Ardışık perigee geçişleri sırasında roketi ateşlemek verimliliği artıracak ve sonuçta kişinin roket patlamalarında maksimum verimliliğe sahip olmasına izin verecektir. Gerçek bir yerçekimi desteği, herhangi bir itici kullanmaz, ancak bu etki, itme kuvvetinin etkinliğini esasen büyütür.

Uyduların gezegenler arası bir uçuşa geçmeden önce Dünya'nın yörüngesine girmelerinin birkaç nedeni vardır ...

Birinci neden: Fırlatma sahası, gezegenler arası bir uçuşu başlatmak için çok nadiren doğru konumdadır. Dünya bir eğimle dönüyor, bu yüzden Kennedy Uzay Merkezi ekliptik düzlemi (çoğu gezegenin yörüngesinde döndüğü genel düzlem) geçtiğinde fırlatmanın zamanlanması gerekiyor. Ayrıca, sonda yörüngeye çıktığında Dünya'nın SOI'sini terk ettiğinde doğru yöne gitmesi için doğru mevsimde olması gerekir. Tüm bunlar doğrudan bir çıkış profili ile mümkündür, gerçekten iyi bir zamanlama gerektirir - ancak bu mükemmel pencereler çok nadiren gelir.

Dünya çevresinde ekliptik yörünge oluşturan herhangi bir sonda, ilk olarak, hemen hemen bir fırlatma penceresi vardır. Yılda birkaç kez olduğu gibi her 45 dakikada bir.

İkinci neden: Dünya'nın SOI'sinden kaçmak için gereken Delta-V miktarı oldukça büyük. Yeterince büyük roketler inşa etmek mümkün olsa da sınırlayıcı faktör gerçekten tipik roket yakıtı ve roket motorlarının verimliliğidir.

Bir sondayı bir roketle Dünya yörüngesinden çıkarmak oldukça ağır bir iş alır. roket. Bu ağır roket, devasa bir roket gerektiren Alçak Dünya yörüngesine kaldırılmalıdır.

Bu gerçeği iyileştirmenin bir yolu, roketinizi çok daha verimli hale getirmektir - ancak şimdiden teorik verimlilik sınırına yaklaştık. kimyasal bir roket. Bu yüzden NASA, kimyasal bir roketten çok daha verimli olan ION tahrikini kullanmaya başladı - aynı zamanda çok zayıf - bu üçüncü neden ...

Üçüncü neden: Artık çoğu sonda İyon tahrikini kullandığına göre, Doğrudan bir yükselişle kendilerini dünyadan fırlatacak güce sahip değiller - haftalarca Ion iticinin yörüngedeki kilit bir noktada kısa bir süre (birkaç dakika) itilmesi ile harcıyorlar. Ion motoru bunu her yaptığında, yörüngeleri Dünya'nın kaçış hızına yaklaşıyor.

Sonda, Dünya'nın SOI'sinden çıktığında, temelde İyon motorunu Açık konuma getirebilir ve gezegenler arası manevraları tamamlamak istediği sürece orada bırakabilir. Genellikle, gezegenler arasındaki manevraların çoğu, gezegensel uçuştan çok daha yüksek hızlara sapan atıştan yararlanmak için yapılan küçük rota düzeltmeleridir.

TL; DR? Birçok neden: Zamanlama - fırlatma konumu ve yörünge yönü anlamına gelir. Doğrudan yükseliş için birkaç iyi fırlatma penceresi, ilk önce yörüngeye ulaşmak daha birçok seçeneğe izin verir. Çok fazla yakıt gerekir - Dünyadan bir sonda yolu almak çok fazla kimyasal itici gerektirir, bu nedenle artık bunun yerine İyon motorları kullanıyoruz.Ion motorları zayıf - bu Bu yüksek verimli motorların işlerini yapmaları uzun zaman alıyor (haftalar!).

Hindistan'ın PSLV durumunda, fırlatma aracı Mars Orbiter Mission sondasını doğrudan Mars'a giden bir rotaya sokacak kadar güçlü değildir . Bunun aksine, MAVEN çok daha güçlü Atlas V kullanılarak fırlatılacak.

Sonda, gitmek için yeterli hız elde etmek için yerçekimi yardımını kullanmalıdır. Mars. Yani sonda ilk olarak oldukça eliptik bir yörüngeye girer ve Dünya'nın yerçekimi ve güneş etrafındaki hareketine bağlı olarak bir ivme elde etmek için özel olarak zamanlanmış kısa yanıklar kullanır. Özellikle Dünya'nın güneşe ve sondaya göre hareketi yardımcı olmak için buradadır, çünkü bu dürtü, sondanın mevcut dürtüsüne eklendi . Wikipedia makalesindeki resim oldukça açıklayıcıdır:

Diğer tüm avantajlara geçmeden önce, tek ve önemli olanla başlayalım.

Yerinde yüzen bir roket (hiç uçmuyor, sadece fırlatma rampasının üzerinde geziniyor) yeterli itme üretmelidir aksi takdirde yatay uçuşta 9.8 m / s ^ 2 $ ivme (1g) verirdi. Bu oldukça fazla ve hepsi boşa harcanan hamle. Doğrudan yukarı fırlarsanız, yerçekimsel ivmesi, her zaman ivmenizden çıkarmanız gereken şeydir. Her saniye, yakıtınızı başka neye harcarsanız harcayın, düşmemek için ağır bir doz harcamalısınız.

Artık yörüngede yatay olarak hareket eden bir roket rakımı korumak için herhangi bir yakıt kullanmıyor . Her bir gramı kinetik enerjisini artırmak için kullanılır. Bu şekilde, hava sürtünmesini yönetilebilir seviyelere indirir indirmez ilk önceliğiniz yörüngeye girmek ve düşmeyi engellemeye çalışan yakıt israfını durdurmaktır. Yörünge hızına ivme kazandırmak için koyduğunuz enerji hala kullanılabilir, gezegenler arası seyahatinizdeki hızınıza eklersiniz ve şimdi kinetik enerjiniz olarak güvenli bir şekilde depolanır.

Şimdi, yörüngede bir kez yapabilirsiniz. Boş zamanlarınızda her türlü yararlı manevra, daha iyi özel itme gücüne sahip ancak daha düşük itiş gücüne sahip motorlara geçin ve daha fazla yakıt harcamayın.

Yeni Ufuklar araştırması, Wikipedia makalesini doğru okursam, yörüngesinin tamamı boyunca park yörüngesinde kalmadı. Fırlatıldıktan 45 dakikadan daha kısa bir süre sonra, güneşten kaçış yörüngesine girmişti. Ancak, verilen diğer cevaplarla tutarlı bir şekilde, yanığın hızdan kaçması için doğru konuma gelmesine izin veren yörüngesel bir yolda zaman harcadı. Ancak, neden tüm sondaların yola çıkmadan önce dünyanın dört bir yanını dolaşmak için zaman harcadıklarını merak ettiyseniz, cevap şu ki, en az bir sonda yoktu.