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駐機軌道は、宇宙船の打ち上げ中に使用される一時的な軌道です。打ち上げロケットは、駐機軌道への軌道をたどり、しばらく惰性で飛行した後、エンジンを再び点火して最終的な目的の軌道に入ります。
いくつかのミッションで使用されている代替軌道は直接噴射であり、これはロケットが燃料を使い果たすまで（段階的噴射中を除く）連続的に噴射し、最終軌道でペイロードが打ち上げられるというものである。この技術は、 1961年にソ連の金星探査機ベネラ1号で初めて使用された。
使用理由
静止宇宙船
静止宇宙船は、赤道面の軌道を必要とする。そこに到達するには、遠地点が赤道の真上にある静止トランスファー軌道が必要である。発射場所自体が赤道に非常に近い場合を除き、宇宙船をそのような軌道に直接打ち上げるには、非現実的なほど大量の燃料が必要となる。代わりに、宇宙船は上段が傾斜した駐機軌道に配置される。宇宙船が赤道を横切ると、上段が点火され、宇宙船の遠地点が静止高度まで上昇する（そして、多くの場合、トランスファー軌道の傾斜も減少する）。最後に、近地点を同じ高度まで上昇させ、残っている傾斜をすべて取り除くために、円軌道化噴射が必要となる。[1]
月周回宇宙船または惑星間宇宙船
希望する時間に月や惑星に到達するためには、宇宙船は打ち上げ時間枠と呼ばれる限られた時間内に打ち上げられなければならない。最終投入前に予備の駐機軌道を使用することで、この時間枠を数秒や数分から数時間にまで広げることができる。[2] [3]アポロ計画の有人月面ミッションでは、駐機軌道により、月旅行に出発する前に、まだ地球に近い間に宇宙船をチェックアウトする時間があった。[3]
設計上の課題
駐機軌道の使用は、多くの技術的課題につながる可能性がある。例えば、セントール上段ロケットの開発中に、以下の問題が指摘され、対処する必要があった。[4]
- 噴射燃焼はゼロGの状態で発生します。
- パーキング軌道への噴射を行う同じ上段を最終噴射燃焼に使用する場合は、再始動可能な液体燃料ロケットエンジンが必要です。
- 駐機軌道の惰性走行中、推進剤はタンクの底とポンプの入口から漂い出ます。これに対処するには、タンクのダイヤフラムまたはアレージロケットを使用して推進剤をタンクの底に戻します。[5]
- 最終燃焼に向けてステージを適切に方向付け、おそらく惰性燃焼中に適切な熱方向を確立するために、反応制御システムが必要です。
- 極低温推進剤は、惰性航行中の過剰な沸騰を防ぐために、十分に断熱されたタンクに保管する必要があります。
- バッテリー寿命およびその他の消耗品は、パーキングコーストおよび最終噴射の持続時間に十分である必要があります。
セントールおよびアジェナの上段ロケットは再始動用に設計されており、駐機軌道を使用するミッションでよく使用されている。最後のアジェナは1987年に飛行したが、セントールは現在も生産中である。ブリズMも惰性着陸と再始動が可能で、ロシアのロケットでは同じ役割を果たすことが多い。[6]
例
- アポロ計画では、静止軌道に関係するものを除く上記のすべての理由から駐機軌道が使用された。[7] [8]
- スペースシャトルの軌道船がガリレオのような惑星間探査機を打ち上げたとき、探査機を適切な打ち上げ地点に届けるために駐機軌道が使用されました。[9]
- アリアン5は通常、駐機軌道を使用しません。[10] これにより、複数回の再起動が不要になるため、発射装置が簡素化され、発射場所が赤道に近いため、一般的なGTOミッションではペナルティが小さくなります。あまり一般的に使用されていない第2段であるアリアン5ESは、複数回の再起動機能を備えており、駐機軌道を使用する自動移送車両（ATV）などのミッションに使用されています。[11] アリアン6の上段は複数回の再起動をサポートしており、駐機軌道を必要とするミッションで使用できます。
- 駐機軌道の文字通りの例として、ATVは国際宇宙ステーションとのランデブーを待つ間、軌道上に数か月間駐機することができます。安全上の理由から、ATVはスペースシャトルがドッキングしている間、またはソユーズやプログレスがドッキングまたは離陸のために操縦している間はステーションに近づくことができませんでした。[12]
参考文献
- ^ チャールズ・D・ブラウン (1998). 宇宙船ミッション設計. AIAA. p. 83. ISBN 978-1-60086-115-4。
- ^ Hall, R. Cargill (1977). LUNAR IMPACT - A History of Project Ranger. NASA History Series (Technical report).アメリカ航空宇宙局. NASA SP-4210 . 2011-11-11閲覧。
- ^ ab Cortright, EM (1975年1月)。「アポロ月探査」。第3.4章
- ^ 「液体水素の制御: セントール上段ロケット 1958-2002」(PDF) NASA。
- ^ Krivetsky, A.; Bauer, WH; Loucks, HL; Padlog, J. & Robinson, JV (1962). 「無重力排出技術に関する研究(PDF) (技術レポート)」。国防技術情報センター。 2021年7月18日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。
- ^ 「ブリズM：ロシアの主力宇宙タグボート」。
- ^ 「アポロ月着陸打ち上げ時期：制御要因と制約」NASA。
- ^ 「アポロ飛行日誌 - アポロ8号、1日目: 地球周回軌道と月周回軌道への投入」NASA。2008年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ d'Amario, Louisa.; Bright, Larrye.; Wolf, Arona. (1992). 「ガリレオ軌道設計」.宇宙科学レビュー. 60 (1–4): 23. Bibcode :1992SSRv...60...23D. doi :10.1007/BF00216849. S2CID 122388506.
- ^ クリス・ゲブハート（2020年2月18日）。「アリアン5号が日本と韓国の衛星を静止トランスファー軌道に打ち上げる」NasaSpaceFlight.com。
- ^ 「アリアン5ES」.
- ^ スティーブン・クラーク。「ヨーロッパの補給船の初打ち上げの日程が変更」。Spaceflight Now。