Credit: ESA/CNES/Arianespace/Optique vidéo du CSG – S Martin.
Als een ruimtevaartuig in een baan om een hemellichaam in het zonnestelsel wil komen moet dat ruimtevaartuig dezelfde snelheid krijgen als de snelheid waarmee dat hemellichaam om de zon draait. Als het ruimtevaartuig gelanceerd wordt heeft het grotendeels de snelheid waarmee de aarde om de zon draait, 30 km/s. Om Venus en Mercurius te bereiken, de twee planeten die binnen de baan van de aarde gelegen zijn, moet het ruimtevaartuig snelheid minderen, om een planeet zoals Mars of een komeet zoals 67P te bereiken, die een baan buiten de baan van de aarde hebben, moet snelheid worden gewonnen. Deze verandering van snelheid om een ruimtevaartuig bij een bepaald hemellichaam te krijgen wordt Delta-v of ?v genoemd, een begrip waarvoor de Rus Tsiolkovski met zijn raketvergelijking al in 1903 de basis legde. De baan die daarbij wordt afgelegd wordt een Hohmann Transfer Orbit genoemd, naar Walter Hohmann die er in 1925 mee kwam.
Je kunt op twee manieren Delta-V krijgen: door het gebruik van brandstof en door gravitationele flyby’s langs planeten. Hieronder een prachtige voorstelling met alle Delta-v’s die nodig zijn om naar objecten in het zonnestelsel te gaan, de delta-v’s zijn in meters per seconde. De kaart is gemaakt in het kader van het Kerbal Space Program (KSP) – helemaal onderaan deze blog is nog een video over Delta-v, ook op basis van KSP.
Tel alle Delta-v’s op die je onderweg van de aarde naar een hemellichaam tegenkomt en je krijgt dan de totale Delta-v die nodig is, het zogeheten Delta-v budget. Met brandstof kan een raket worden voortgestuwd, maar hoe groter Delta-v is des te meer brandstof nodig is. Daarom kan niet altijd volstaan worden met voortstuwing door de raket zelf, maar is het handiger gebruik te maken van gravitationele flyby’s, waarbij het ruimtevaartuig langs een hemellichaam vliegt om daar een gravitationele zwieper mee te krijgen. Een mooi voorbeeld daarvan is Rosetta, die in de tien jaar op weg naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko talloze flyby’s heeft gemaakt, 3x langs de aarde, 1x langs Mars en 2x langs een planetoïde, zoals te zien is aan deze afbeelding:
Credit: ESA
Of wat dacht je van de talloze flyby’s die de MESSENGER moest maken om in een baan om Mercurius te komen, de planeet die het dichtste bij de zon staat. De volgende afbeelding laat dat mooi zien:
Credit: NASA
Over de meer dan veertig jaar oude techniek van de ‘gravity assists’, zoals ze ook wel worden genoemd, heeft Ben Gilliland van CosmOnline een mooie infografiek gemaakt – dubbelklikken om ‘m te verdeltaveëriseren:
Credit; Cosmonline/Ben Gilliland
Tenslotte zoals gezegd nog een video over Delta-v, eentje die gemaakt is door de Kerbal Rocket School. Leuk om naar te kijken én leerzaam!
Dit is deel 1 van de Kerbal Rocket School over Delta-v, hier is deel 2. Er zijn meer delen op YouTube te vinden, maar het is een tikkeltje ingewikkeld genummerd allemaal. Bron: Koberlein + CosmOnline.
Gerelateerde Astroblogs:
Ruimtevaartgigant Lockheed Martin stort zich op Project JETSON om nucleair-electrische ruimtevaarttechnologieën een boost te geven
Team onafhankelijk onderzoekers presenteert analyse vliegbewegingen UAP’s van de Amerikaanse marine op luchtvaartconferenties AIAA
SpaceX lanceert Starship 28 voor derde orbitale vluchtpoging (video)
Joepie! Kerbal Space Program op Astroblogs!
Wist je trouwens dat veel mensen bij NASA en bij ESA ook fanatieke spelers zijn van KSP? De Rosetta/Philae teams hielden laatst een Reddit AMA (ask me anything) en daar kwam KSP ook ter sprake: http://www.reddit.com/r/IAmA/comments/2mw5ko/we_are_working_on_flight_control_and_science/
Overigens is het volgens mij zo dat om de baan van een binnenplaneet te bereiken inderdaad eerst snelheid geminderd moet worden, maar daarna moet er weer flink worden versneld om de relatieve snelheid tussen de planeet en het ruimtevaartuig tot gewenst niveau te brengen.
Ik heb ergens eens gelezen dat het veel meer moeite / brandstof kost om een binnenplaneet te bereiken dan een verre planeet zoals Jupiter.
Het gaat ook om flinke delta-v’s soms. Zo moest Rosetta om 67P te kunnen bijbenen, met 800m/s versnellen!
Ja, KSP ken ik nog niet zo lang (volgens mij was jij de eerste die mij erop attendeerde), maar het ziet er allemaal goed uit. En wat delta-v voor die binnenplaneet betreft: op het eerste gezicht is het vreemd dat gezegd wordt dat je snelheid moet minderen om Mercurius en Venus te bereiken, want per slot van rekening staan die planeten dichter bij de zon en daar is de omloopsnelheid hoger dan die van de aarde. De blog van Koberlein gaat eigenlijk ook over Mercurius, want dat is de enige planeet zo’n beetje (afgezien van alles buiten Jupiter) waar nog niets geland is. Mercurius is een heel lastige planeet om er heen te vliegen en helemaal om er te landen. Dat laatste heeft te maken met het ontbreken van een atmosfeer, waardoor ‘aerobreaking’ niet mogelijk is.
Dat zal toch wel meevallen, Arie? Op de Maan is ook geen atmosfeer en daar weten we toch ook succesvol op te landen?
groet,
Gert (Enceladus)
Het lastige van Mercurius is om er te komen, voor deze planeet is net zoveel Delta-v nodig als om Jupiter te bereiken. En vervolgens is het lastig er te landen vanwege het ontbreken van een atmosfeer, dus twee redenen waarom Mercurius een ‘lastige’ planeet is, veel moeilijker te bereiken dan de maan.