Аэродинамическое торможение с гиперболической траектории

[Mercury127]

в банк решений
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,120039.msg5056035.html#msg5056035

[Mercury127]

По первым результатам игр с Юпитером приходится констатировать, что для аэробрэкинга он подходит примерно как корове седло... Гораздо лучше он справляется с аэрокрэкингом!
Не, тормозить об него можно. И нагрузки при этом как бы меньше, чем на Сатурне. Но если на Сатурне это заработало с полпинка, то на Юпитере надо очень точно целиться при входе, что с автопилотом, что без.
Причина, по-видимому, в том, что на Юпитере очень большой градиент плотности атмосферы. В результате слой, в котором корабль может эффективно держаться и маневрировать, очень тонок. А попасть в этот слой надо с первой попытки - второго шанса Юпитер не даёт.

[Андрей Астрофизический]

Причина, по-видимому, в том, что на Юпитере очень большой градиент плотности атмосферы.

Верно - градиент плотности атмосферы, зависит от местной силы тяготения. Потому на Марсе так хорошо и получается.

А применительно к Солнцу, скорее всего, все на порядки сложнее и хуже, чем с Юпитером

[Андрей Астрофизический]

Я забыл как вашей моделью пользоваться

Ну например вот:

Начальную скорость берем 11 км/с. Минимальная высота над планетой - 6км. Куда уж ниже!? И - улетела на 9.8 км/с прочь.
Конус в 200 тонн я полагаю достаточно близкая модель.

Без аэродинамики, в атмосфере Марса. На таких скоростях, траектория об планету не гнется в принципе.
Вот поэтому нужны крылья, надо уметь тормозиться боком (по факту - полу-боком, под острым углом. Не поперек потока). Поэтому надо уметь кувыркаться.

[alex_semenov]

Так. Не хочу я с вами Андрей бодаться по фигне.
Забыли.
По сути:

Я забыл как вашей моделью пользоваться

Ну например вот:

Начальную скорость берем 11 км/с. Минимальная высота над планетой - 6км. Куда уж ниже!? И - улетела на 9.8 км/с прочь.
Конус в 200 тонн я полагаю достаточно близкая модель.
Без аэродинамики, в атмосфере Марса. На таких скоростях, траектория об планету не гнется в принципе.
Вот поэтому нужны крылья, надо уметь тормозиться боком (по факту - полу-боком, под острым углом. Не поперек потока). Поэтому надо уметь кувыркаться.

Ага! Спасибо. Получилось воспроизвести то что на принтскрине.
Воспроизвел (я подозревал что просто у меня эта штука не работает в браузере).

Научите.
Что такое угол? Почему 60.7?
Далее дистанция 3950 км. Это ОТКУДА меряется? От центра Марса?

Теперь по самому моделируемому объекту.
Почему скорость входа 11 км/с? Я прикинул на своей модели перелета в Excel-ке. Если я лечу на Марс по схеме Зубрина за 180 дней, то я получаю 7 км/с встречу с поверхностью Марса! И это разумная скорость входа!
Далее.
Конус - принимается. Но только тонкость. Я думаю он в вашей модели попой идет, не носом конуса? Не боеголовка же!
Так?


Масса. Да. Согласен. 200 тонн. 186 сухая. Но топливо на посадку. Пусть будет так. Можно даже больше заложить.
Площадь. А вот тут - не понял.
Почему 10 метров квадратных всего? Диаметр этой штуки 21 метр.
Вот посмотрите сами!
То есть площадь 346 метров.
И вот тогда можно все пересчитать. Я пересчитал. Мы упали на Марс!

Лихо так упали!

[Андрей Астрофизический]

Что такое угол? Почему 60.7?

Угол входа. 0 - это вертикально к центру планеты. 90 - по касательной к местной-круговой орбите.

дистанция 3950 км. Это ОТКУДА меряется? От центра Марса?

Да, от центра. Рассматриваемой планеты.

Почему скорость входа 11 км/с? Я прикинул на своей модели перелета в Excel-ке. Если я лечу на Марс по схеме Зубрина за 180 дней, то я получаю 7 км/с встречу с поверхностью Марса!

ваше право...

Конус - принимается. Но только тонкость. Я думаю он в вашей модели попой идет, не носом конуса? Не боеголовка же!
Так?

Это я уже не уверен что помню)
Для надежности можете взять командный модуль Аполлона, он там в списке есть. Геометрия при входе в атмосферу "жопой", у него примерно та же. А дальше массу-площадь отредактировать на свои.

Площадь. А вот тут - не понял.
Почему 10 метров квадратных всего?

Ну я грубо прикидывал)
Оптимизировать решение можно, не вопрос. Но, для приемлемой посадки, уж очень выеживаться придется.

Лихо так упали!

В том и беда А попробуйте мягко посадить, чтоб скорость касания (без участия движков) измерялась считанными сотнями м/с. И чтобы перегрузки не превышали 5-6 g.
Старшип я так сажал.

[alex_semenov]

В том и беда

Да, я уже поигрался и понял...
Не все так просто. Я даже ухитрился промахнуться мимо снизив массу в 10 раз... Но не должен же был! При таком щите то!!!
В общем...
Я таки сел на Марс... По-аполлоновски. С отскоком блинчиком!

Не правы вы. Садится "птица РОК" на Марс прекрасно! (правда перегрузка, чувствую была под 10g!)

[Андрей Астрофизический]

Не правы вы. Садится "птица РОК" на Марс прекрасно!

Ага, конечно. 
А теперь обратите внимание на циферки обведенные красной рамкой

Ну, я же говорил...

А попробуйте мягко посадить, чтоб скорость касания (без участия движков) измерялась считанными сотнями м/с. И чтобы перегрузки не превышали 5-6 g.

Старшип так садится. С 10 км/с входа. А ваша может?

ЗЫ. Там если покрутить колесо мыши вниз, выдаются детальные диаграммы. И по высоте, и по скорости, и по перегрузкам.

[elind]

Андрей. Я забыл как вашей моделью пользоваться. Что такое угол? Я что не поставлю - фигня получается. Непонятная.
Приведите набор параметров для расчета показывающий что таки "птица рок" об Марс не затормозит.

Да тут не фигня, а хрень полная - у меня в этой модели корабль со скоростью сближения 12 км/с от земной атмосферы отскочил со скоростью 50.21км/с. В пять раз больше.
Расчетное время 6.85 минут
скорость (скаляр) 50.21км/с
дистанция до планеты 17134 km
Max.speed 51.04km/s
Max.dist: 17134 km
Max.g:5800.78
Min.speed 11.40km/s
Min.dist: 6380 km
Min.h:9 km
Остаток топлива: 0.00kg

Вот как это называется?

[Mercury127]

шаг расчета поменьше нужно брать - тогда результаты корректнее будут.

[Андрей Астрофизический]

Да тут не фигня, а хрень полная

"А куда в ваш аутхомобзиль, лошадь-то запрягать? Шта, некуда? тьфу, хрень полная."

Если понимать, как это работает. Естественно все многообразие аэродинамических сил, воздействующих на тело, смоделировать нереально, но (при включенном мозге), и не требуется.
Модель упрощенно считает, что есть две аэродинамические силы.
1) Лобовое сопротивление. Замедляющее собственно поступательное движение по курсу.
2) Подъемная сила. Воздействующая перпендикулярно текущему курсу.
Так же понятно, что на гиперзвуке подъемная сила не может быть очень большой. Но модель не запрещает поставить много, что вы видимо и сделали С целью "выжать из модели неадекватные результаты".
С той же целью было выключено прерывание моделирования при превышении перегрузок...

Что я могу сказать. Это модель, она применима и дает адекватные результаты, если ей адекватно пользоваться. Если вводить бред, то и получите бред.

[Mercury127]

у меня в браузерах ФФ 84.0.2 (64-битный) и Цент 4.3.9.241 (64 бит) (Portable) (Chromium 86.0.4240.198) - траектория полета не визуализируется.

[alex_semenov]

Не правы вы. Садится "птица РОК" на Марс прекрасно!

А теперь обратите внимание на циферки обведенные красной рамкой

А, ну да! А чего я не заметил? Искал же!
Я посчитал что ограничение 10g установлено в условии? Значит за рамки не вышло. Хотя видимо там писало...
Ну да бог с ним...

ЗЫ. Там если покрутить колесо мыши вниз, выдаются детальные диаграммы. И по высоте, и по скорости, и по перегрузкам.

Ага!  Спасибо. Я вспомнил.

Ну, я же говорил...

А попробуйте мягко посадить, чтоб скорость касания (без участия движков) измерялась считанными сотнями м/с. И чтобы перегрузки не превышали 5-6 g.

Хорошо-хорошо. Но это первая попытка посадка, которую "я сделал". Вернее худо-бедно затормозил. Вы же сказали что вообще не получится ничего!
Смотрите.
Ставим (при прочем равном) угол 63 градуса. Я выхожу аэробрекингом на орбиту. Аэрозахват. И ускорение 5.6g. Терпимо. Правда мин выстоа в пол км... Жуть!!!
 
Ставим (при прочем том же) угол 62 градуса. Я сажусь на Марс. Мин высота 1.7 км, пиковая перегрузка 10.8... хреново.
62,5 градуса. Посадка (почит полный оборот вокруг) и пик почти 8g
Да, напряженно...

Старшип так садится. С 10 км/с входа. А ваша может?

Ну по сравнению с тем что вы сразу обещали - все равно прогресс!!!
Что касается сравнения с лидером гонки...
Это можно было бы без всяких моделей оценить.
Смотрите. Старшип пустой имеет массу 180 тонн высоту 70 метров, диаметр 9 метров. 70*9 = 630, ну форма там носа... 620 м² его мидель при входе в любую атмосферу плашмя. И кстати. На самом деле МИДЕЛЬ - меньше. Сколько градусов?



Если угол 45 градусов то косинус 0.707, и мидель всего 438 м².
Но простим лидеру...
То есть удельная тормозная поверхность 620/180=3,44 м²/тонну.
У птицы РОК. Площадь миделя 346 м² (и тут он таки тормозит всей пятой точкой, угол есть но небольшой!), масса возьмем все же сухую (везде берем сухую) 186 тонн (так у автора). 346/186 =1.86 м²/т
Это в 1.8 раза, округленно в 2 раза меньше.
Больше преимуществ нет. Аэродинамика? Она у птицы не хуже даже лучше чем у бревна.
Меня  сравнение  устраивает.
Да, нагрузка повыше. И это нехорошо. Но это поправимо если надо.
Дело в том, что я изначально собирался концепцию "птицы" менять. "Допиливать напильником".
Данное обсуждение - часть процесса.
Уменьшать и/или облегчать. Конечно не в два раза.  Но все же пространство для маневра есть.
Теперь видно.
Главное- сесть все таки можно. Концепция не провальная. Можно довести до ума.

[elind]

Что я могу сказать. Это модель, она применима и дает адекватные результаты, если ей адекватно пользоваться. Если вводить бред, то и получите бред.

Мдя-я?!(с)

Корабль покинул планету по гиперболической траектории. Остаток скорости: 5.32 km/s; общее время полета до остановки симуляции: 3031 сек
Расчетное время 50.52 минут
скорость (скаляр) 5.32км/с
дистанция до планеты 15003 km
Max.speed 12.69km/s
Max.dist: 15003 km
Max.g:8.86
Min.speed 5.32km/s
Min.dist: 6425 km
Min.h:54 km
Остаток топлива: 6400.00kg
А ничего, что на таком расстоянии вторая космическая 7.3 км/с?

И вообще, там же, на графике скоростей ещё при нахождении в плотных слоях скорость падает до 9.8 км/с, так какая гиперболическая траектория? Классический же "блинчик", с выходом на эллипс и посадкой на следующем заходе.

[alex_semenov]

Элинд, зря вы к модели Андрея цепляетесь.
Я видел (краем глаза) как здесь общими усилиями ее допиливали. Задача очень неприятная. У них нелинейности тут вылазят повсюду. А для простых пошаговых моделей это могила! Но они героически с этим сражались. И то что получилось - это достойно уважения. Ну да, дыр возможно на половину, возможно. Но пользоваться этим для первого понимания, думаю можно. Если с умом. Понимая что все равно это очень грубо...
Стакан на половину скорей полон чем пуст.

[Mercury127]

Тем более что ничего другого все равно нет.

[elind]

Элинд, зря вы к модели Андрея цепляетесь.
Я видел (краем глаза) как здесь общими усилиями ее допиливали. Задача очень неприятная. У них нелинейности тут вылазят повсюду. А для простых пошаговых моделей это могила! Но они героически с этим сражались. И то что получилось - это достойно уважения. Ну да, дыр возможно на половину, возможно. Но пользоваться этим для первого понимания, думаю можно. Если с умом. Понимая что все равно это очень грубо...
Стакан на половину скорей полон чем пуст.
 

Да я и не отрицаю, что можно, но, скорее, только для посадки "вы один заход", поскольку, как видите, "блинчик" с выходом на эллипс она не считает. Для Земли-то оно и пофиг, нет желания в рад-пояса лишний раз нырять, а вот на Марс посадка через "ромашку" выглядит интересно.
Так-то меня... удивил... отскок со впятеро большей скоростью.
Мысли были "Как же так, куда ЗСЭ смотрел?" и "Не могли, что-ли, учёт контрольной суммы потерь энергии сделать?".А вообще, небольшая инструкция, что куда вставлять и в каких пределах - не помешала бы. Вот даже вы максимальную перегрузку поставили, а галочку, чтобы её учитывать - нет.

[Mercury127]

Я ведь написал - попробуйте с меньшим шагом расчета. Я ставил даже 0,001 сек.

[elind]

Я ведь написал - попробуйте с меньшим шагом расчета. Я ставил даже 0,001 сек.

В первом-то случае - возможно - и поможет, а во втором? Когда на двух с лишним радиусах от Земли на скорости 5.3 км/с уходят на гиперболу - когда даже орбитальная скорость там - уже больше 5.1 км/с.
Я же говорю, "ромашку" оно не считает, "садитесь с первой попытки".

[Андрей Астрофизический]

Корабль покинул планету по гиперболической траектории. Остаток скорости: 5.32 km/s;

Модель НЕ учитывает, какая для данной планеты на данной высоте, 2-я космическая...
В данном контексте, фразу "покинул по гиперболической траектории" следует рассматривать так: "Корабль покинул область моделирования"
Как эту область увеличить - да запросто. Масштаб модели побольше поставьте.

"блинчик" с выходом на эллипс она не считает

Считает. Просто масштаб модели увеличиваем, и радуемся.

И, еще. Вы зря ставите шаг симуляции в 1 сек. Это конский шаг, за это время дофига чего может произойти. Я для самых грубых прикидок ставлю не более 0.1 сек.
А то что вы вначале моделировали - вход в атмосферу почти отвесно - вообще можно было на 0.001 сек шага считать. Вернее вышло бы.
Вообще как бы, чем меньше шаг, тем достовернее результаты. Но это если не влом сидеть и ждать, пока ваш комп все посчитает.