Pregunta:
¿Por qué la cita en Géminis 4 falló tanto?
DrTris
2019-01-05 17:55:59 UTC
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No puedo, por mi vida, entender por qué el comandante Jim McDivitt pensó que podía ver una cita: señalar con el morro y empujar. La futilidad de esa técnica es una de las primeras cosas que incluso los aficionados como yo aprendemos sobre la dinámica orbital. Tenían muchos expertos en trayectoria: Bill Tindall y su equipo, más Buzz Aldrin, eran expertos en citas.

El año pasado le hice a Buzz Aldrin esta misma pregunta. Su respuesta fue vaga, algo así como que él era demasiado nuevo, cuando la tripulación de Gemini IV comenzó a entrenar, para tener un impacto. Sin embargo, me dijo que estaba más involucrado en la planificación de Gemini 6A, la primera misión en lograr una cita espacial exitosa. Tal vez le pregunte a Buzz sobre esto la próxima vez que lo vea ...
Otra cosa a tener en cuenta es que el programa Gemini tenía cuatro objetivos principales, tres de los cuales [demostrar vuelos espaciales, caminatas espaciales y encuentros espaciales de larga duración (según sus estándares)] iban a ser investigados, por primera vez, por la tripulación de Gemini IV. Uno se pregunta cuánto tiempo se dedicó a entrenar para la tarea de encuentro durante lo que debe haber sido un horario de entrenamiento muy reducido ...
Eres un aficionado que se enteró al estudiar información que tenía que recopilarse de alguna manera.
@chrylis4 - No entiendo lo que está tratando de decir. ¿Puede usted ayudar?
@Digger - re tiempo dedicado a entrenar - bueno, sé que no tenían un entrenador de encuentro en ese momento y estoy seguro de que el EVA era el más grande en el que nos estábamos concentrando. Buzz es genial - todavía va fuerte, creo ...
Creo que @chrylis está diciendo que solo parece obvio incluso para los aficionados de hoy debido a la retrospectiva, y que esta retrospectiva se basa, entre otras cosas, en la experiencia ganada por Gemini 4.
@David Richerby - Ah, ya veo, bueno, ese poco de conocimiento no se obtuvo de la espalda de Géminis, la mecánica se conoce desde hace mucho tiempo y ese era el punto de la pregunta.
Es posible que se conocieran las matemáticas de la mecánica, pero eso es algo muy diferente a ser capaz de maniobrar realmente una nave en vuelo.
La técnica de "apuntar el morro y empujar" _no_ siempre es inútil, es una opción perfectamente válida si estás bastante cerca del objetivo.
Tres respuestas:
Uwe
2019-01-05 18:50:29 UTC
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Gemini 4 fue el primer intento fallido de una cita. Buscaron en ese momento que debería ser posible encontrarse desde una distancia corta simplemente empujando hacia el objeto de acoplamiento. Tuvieron que aprender por las malas que esta estrategia funciona solo en distancias muy, muy cortas y en poco tiempo.

La circunferencia de una órbita circular baja de la Tierra con una altura de 200 km es 41.286 km. Una distancia de 100 m es solo 2,4 partes por millón de la órbita completa. Es difícil creer en esos momentos que unos 100 m todavía están demasiado lejos para "apuntar el morro y empujar". Qué tan cerca es necesario para un encuentro exitoso de "apuntar el morro y empujar" sería otra buena pregunta.

Si observamos el período de órbita de aproximadamente 90 minutos, 1 minuto parece ser demasiado largo para tal maniobra de "apuntar el morro y empujar". Pero, ¿qué tan corto es lo suficientemente corto, algunos segundos?

Una simulación digital exacta de una maniobra de encuentro de este tipo se puede hacer usando una simple computadora personal en estos días, pero no se puede hacer en tiempo real usando las computadoras más grandes disponibles. en 1965 sin una pantalla gráfica sofisticada y rápida.

Pero tuvieron éxito con Gemini 6A solo medio año después.

Para obtener más información, consulte esta pregunta.

"500 pies"; como jugador de KSP desde hace mucho tiempo, digo que es una falla bastante mala de point and burn; cualquier cosa menos de 2 km es suficiente y el planeta de KSP es más pequeño, lo que produce una desviación mucho más rápida. Por otro lado, no hay radar de acoplamiento es molesto.
@Joshua, KSP también tiene presupuestos delta-V mucho más altos que la NASA.
@Mark: ¿Serán suficientes 15 m / s? Eso es lo que usaría.
@Joshua Además, el acoplamiento en KSP a menudo se realiza a velocidades mucho más altas. Cuando el transbordador espacial atracó con la ISS, se acercaría a 0.03 m / s (https://www.nasa.gov/pdf/593865main_AP_ST_Phys_ShuttleODS.pdf), mientras que, en mi juego de KSP, generalmente me acerco a la cita en alrededor de 20 + m / s, dependiendo de la situación, e incluso hacen la aproximación final para atracar 50 veces más rápido que el transbordador.
@Joshua,, el gasto total delta-V durante el encuentro de Gemini 6A fue de aproximadamente 80 m / s, incluido el cambio de plano, el cambio de fase y el establecimiento de una órbita de intersección. La porción correspondiente a sus "15 m / s" es probablemente la "maniobra de frenado", a 19,8 m / s, aunque podría ser la maniobra de "fase terminal", a 38 m / s. (Las maniobras de la fase terminal se iniciaron a una distancia de 320 km.)
uhoh
2019-01-05 19:12:03 UTC
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La larga cadena de comentarios debajo de esta respuesta destaca la idea errónea de que los astronautas de la NASA en su conjunto no entendían la mecánica orbital del acoplamiento.

Como señala este comentario, la mecánica se entendía bien en ese momento, y al menos un astronauta había escrito una tesis sobre el tema unos años antes:

... La tesis de Aldrin sobre el encuentro orbital, que resultó ser una piedra angular importante para la NASA, es de 1963, solo dos años antes. Así que creo que al menos probablemente no todos estaban familiarizados con él. Creo que estaban bien informados sobre la mecánica orbital, pero la cita trata sobre el encuentro, lo que puede ser muy contrario a la intuición. La tesis de Aldrins trata exactamente sobre ese factor;) Creo que es más que no tenían los procedimientos adecuados, no que no pudieran resolverlo en teoría. Probablemente les hubiera encantado un simulador como KSP solo para aprender procedimientos;)

Mi énfasis se agregó anteriormente.

Ver Técnicas de guía de línea de visión para encuentros orbitales tripulados

  • Autor: Aldrin, Buzz
  • URI citable: http://hdl.handle.net/1721.1/12652
  • Departamento: Instituto de Tecnología de Massachusetts. Departamento de Aeronáutica y Astronáutica
  • Editor: Instituto de Tecnología de Massachusetts
  • Fecha de publicación: 1963
  • Descripción:
  • Tesis (Sc. D.) - Instituto de Tecnología de Massachusetts, Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, 1963; Vitae.; Incluye referencias bibliográficas (hojas 305-309).
  • URI: http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/12652
  • http://hdl.handle.net/1721.1/12652
  • Palabras clave: Aeronáutica y Astronáutica
Busqué en el pdf de la tesis de Aldrins el intervalo de tiempo utilizado para las simulaciones por computadora de las maniobras orbitales y encontré solo un intervalo de 15 segundos. 15 segundos son suficientes para simular una maniobra de 15 o 30 minutos de duración. Pero para simular la última fase de un encuentro con una duración de unos pocos minutos, se debe utilizar un intervalo de cálculo mucho más corto, alrededor de un segundo o incluso menos. Puede ser que los errores numéricos fueran demasiado grandes al usar intervalos tan cortos. En 1963 no había disponibles computadoras que hicieran megaflops con doble precisión. No encontré ocurrencias de las palabras "punto flotante".
La gente de @Uwe era mucho mejor entonces que ahora para obtener muy buenos resultados con una pequeña potencia informática. No tendré la discusión en los comentarios aquí, pero para hacer esta simulación con el fin de comprender estos efectos, puede usar órbitas de un solo cuerpo en un potencial esférico usando matemáticas muy simples. No necesita el tipo de poder numérico que está sugiriendo. Estas son órbitas prácticamente circulares y pasos de tiempo de 10 segundos con Runge-Kutta de cuarto orden es todo lo que necesitas, si acaso. Incluso puedes lanzar J2 sin mucho esfuerzo adicional.
@Uwe, pero si está preocupado, ¿por qué no hacer una nueva pregunta sobre los cálculos de la tesis de Aldrin? ¡Eso haría más espacio para este tema tan interesante!
Mark
2019-01-06 14:52:59 UTC
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Primero, la maniobra de Gemini IV consistió en mantener la posición, no en una cita. Dado que el objetivo era la etapa superior recién separada, las dos naves espaciales ya estaban reunidas, y apuntar y grabar habría funcionado si lo hubieran hecho correctamente.

Según el Gemini IV informe de misión, las principales causas de las fallas en el mantenimiento de la posición fueron una combinación de errores de procedimiento y maniobras inadecuadamente agresivas:

La revisión de estas cifras muestra que los incrementos de velocidad aplicados hasta 00: 09:21 obtener logró reducir la tasa de separación, pero dejó una tasa residual de 1,5 pies / seg lejos del vehículo de lanzamiento. Como resultado, el rango desde la nave espacial hasta el vehículo de lanzamiento aumentó a 0.84 millas náuticas y la tasa de alcance aumentó a 6.5 pies / seg por 00:30:25 g.e.t. cuando se inició la acción correctiva ...

En este punto (00:52:00 obtener) una velocidad relativa de 8 pies / seg normal a existía la línea de visión. Esta velocidad se propagó a una distancia de separación de 1,6 millas náuticas y una tasa de separación de 17 pies / seg cuando se inició la acción correctiva a las 01:05:30 g.e.t. El impulso correctivo aplicado fue insuficiente ...

Parece que si se hubiera seguido un procedimiento que requiriera que la tripulación (1) estableciera inicialmente un tasa de cierre claramente perceptible con el objetivo en todo momento y (2) para volver a establecer una tasa de cierre perceptible cada vez que el rango se vuelve más grande que varias longitudes de la etapa II, entonces tal vez se podría haber logrado el objetivo de mantenimiento de posición de primer plano.

Durante el ejercicio de mantenimiento de posición, se demostró la naturaleza crítica de la determinación de la tasa. Después de la separación, siguiendo los cuatro empujes de regreso hacia el vehículo de lanzamiento, existía una velocidad de 1,5 pies / seg desde la etapa II, mientras que debería haberse establecido una velocidad hacia ella. El rango era de aproximadamente 1800 pies en este momento. Más tarde, en el punto de aproximación más cercana, existió una velocidad de 8 pies / seg, normal a la línea de visión, que debería haberse eliminado.

La capacidad de un miembro de la tripulación de vuelo para determinar la velocidad del objetivo incluso a la luz del día se ve considerablemente afectada sin un fondo estable u objetos familiares en primer plano . Por la noche, la capacidad para determinar las tasas depende de la distancia relativa entre dos luces de referencia si ambas son visibles. Si solo se ve una luz, el juicio del miembro de la tripulación de vuelo depende de su capacidad para medir la intensidad de la luz y, si esta luz parpadea, la tarea se vuelve muy difícil.

En resumen, para cuando la tripulación estableció una trayectoria hacia el objetivo, se había acumulado una velocidad lateral considerable y no tenían un punto de referencia para juzgar esa velocidad. Si hubieran establecido una trayectoria de cierre inmediatamente después de la separación, habrían podido utilizar la etapa superior como referencia; si se hubieran acercado desde una dirección diferente, habrían podido usar la Tierra o el campo de estrellas de fondo como referencia.

(Y para ustedes, jugadores de KSP, el Gemini FDI no viene con marcadores objetivo y anti-objetivo).



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Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 4.0 bajo la que se distribuye.
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