Hur var besättningen hos Ares 3 lyckad att komma tillbaka till Hermes?

8

Den första scenen av "The Martian" en storm sparkar upp på Mars-ytan och Ares 3-besättningen bestämmer att de behöver överge sitt uppdrag och återvända till Hermes. De går snabbt ombord på MAV och startar på en eller annan sätt framgångsrikt tillbaka till Hermes.

Det är senare fastställt att MAV är suborbitalt farkoster och är inte avsett att nå bana (åtminstone inte utan stora modifikationer).

Om Hermes är inställd på omlopp Mars medan besättningen arbetar på ytan (förutsatt att Hermes ligger i en "sub-orbital omlopp", annars skulle MAV aldrig nå höjden för att nå Hermes i första hand), Det verkar vara en ganska bra chans att Hermes inte är så nära där MAV skulle behöva det för att hämta besättningen.

Vid minst inom ramen för filmen ser vi inte besättningen kontrollera Hermes position när de startar.

Min fråga: Vad är den troliga kåpan Hermes är rätt där det måste vara att hämta besättningen. Finns det någon vetenskap bakom besättningen som kan överge planeten på ett ögonblick, och kunna återföra det till Hermesna säkert, eller skulle vetenskapen dra slutsatsen att de bara kunde överge planeten i ett mycket litet fönsterfönster när Hermes är i prefektläge för att hämta besättningen?

    
uppsättning onewho 06.10.2015 21:05

4 svar

15

MAV var ett orbitalfartyg ... det skulle vara nästan värdelöst om det inte var det. Anledningen till att det måste ändras kraftigt, och varför det inte uppnår något omlopp (även om det kan), är att det måste matcha Hermes suddigt snabba hastighet, eftersom det gör en fly-by. En liten orbitalmekanik, och vad som hände med MAV efter rendezvousen var att den rymde Mars gravitation helt och gick in i en lång bana runt solen. Det är en liten chans att det föll i solen, men att det händer är svårare än du tror.

Många av den hårda vetenskapen bakom Mars och i NASA tänker i allmänhet kring Mars kommer från en bok som heter Fallet för Mars av Robert Zubrin. Medan det är en policybok är det extremt engagerande.

    
svaret ges 06.10.2015 23:13
7

Vi talar om nominell beredskapsplanering här - en expedition belägrad av att gröna män tvingas avbryta bana i MAV. MAV stiger upp i en Mars-bana och möter sedan Hermes. Mark Watney s fall (en hyperbolisk rendezvous med Hermes i Martian fly-by) är mycket mer skrämmande eftersom orbital mekanik inte ger honom ytterligare en möjlighet och kommer inte att diskuteras i detta svar.

Detta pekar på flera frågor:

  • Vad är lutning av Hermes 'orbitalplan? Bedömning av bredden av Ares 3 landningsplats är inte mindre än 31.380 grader (ekvatorial). Vi kan säkert anta att det inte är större än 32 grader (ge eller ta flera tiondelar på grund av icke-sfärisk tyngd och påverkan av Jupiter etc.), antingen, eftersom Hermes enda syfte är att hämta expeditionen när de kommer tillbaka en månad senare.

  • Vad är longituden för stigande nod av Hermes nuvarande banan? Detta är det avgörande objektet som ger oss skillnaden mellan MAVs orbitalplan och Hermes-banans planet (eftersom Mars roterar runt sin axel).

  • Vad är Hermes bränslereservat för att utföra en planväxlingsmanövrering? Detta ges inte i boken, men vi kan anta att de räcker för att rädda en MAV från ett kretslopp. Så här är det gjort:

    • Hermes sätter på sina VASIMR-motorer, skjuter prograden (i riktning mot orbitalrörelsen) vid en specifik båg i hennes bana, som gradvis ökar apoapsis (högsta omloppspunkten);
    • när Hermes är nära den nödvändiga orbitalnoden med avseende på målplanets planet (MAV), firar hon VASIMRs i normal eller antinormal inställning (efter behov) ett tag under flera banor, roterar orbitalplanet närmare målet ett;
    • Efter att planet är detsamma som målet sätts VASIMRs retrograde (mot orbitalrörelsen) i en båge nära periapsen (lägsta omloppspunkten) för att cirkulera omloppet tillbaka.
  • Då, beroende på hur mycket drivmedel MAV har lämnat för rendezvous, utförs en rendezvous-ordning.

    TL; DR Fjärrkontrollen på Hermes måste möjliggöra en abort-to-orbit i MAV med Hermes som gör "tunglyftning" av orbitalplanbyte och efterföljande rendezvousmanövrer. Problemet är att VASIMR-motorer inte är tillräckligt kraftfulla för att detta ska ske snabbt, så MAV-livsreserveringsreserverna måste vara tillräckliga för att vi säger en vecka att titta på filmer och lyssna på diskoteket (jag har inte kört det numeriska scenariot, så detta är bara en balpark uppskattning).

        
    svaret ges 07.10.2015 00:07
    4

    De använde inte landningsfordonet. De använde MAV (Mars Ascent Vehicle). Eftersom det här fordonet är speciellt utformat för att starta från Mars och docka med Hermes, borde det inte ha något problem att göra det.

    Tänk på att detta fordon var en del av missionsprotokollet. Eftersom man använde MAV för att ansluta sig till Hermes var nyckeln till förmågan att avbryta ett uppdrag, skulle NASA behöva göra detta arbete.

    Också som nämnts av Keen i en kommentar:

    In addition, the Hermes can be remote controlled. At one point in the book, Mark mentions a scenario they trained for where the MAV's second stage fails to ignite, leaving the crew in a lower orbit than the Hermes'. Mission Control would simply alter the course of the Hermes to intercept their lower orbit to pick them up.

    På grund av tidsfördröjningen tror jag inte att Mission Control on Earth skulle göra denna korrigering. En mer sannolik kandidat skulle vara Martinez som kontrollerar Hermes från MAV (IMO). Oavsett, det är möjligt för Hermes att justera position för att docka med MAV, där det behövs.

    I en kommentar som du sa:

    Woops, that was my mistake, either way it's the same Vehicle Mark uses at the end of the movie. And is still limited to sub-orbit.

    Orbitalhöjden är inte problemet när Hermes plockar upp Mark i slutet. Problemet är att Hermes har accelererat på denna punkt till en hastighet där den inte kan bana Mars. Så problemet är inte att MAV inte kan nå Hermes, problemet är att de bara har en chans att återhämta Mark.

    För att säkerhetskopiera uttalanden från Chris med information från filmen, nämnde Mark att MAV kommer att vara blasted in bana när han sitter i rover tittar på Ares IV MAV. Den MAV kommer naturligtvis att modifieras, men det finns en andra relevant citat. Under scenen när JPL presenterar modifieringarna till Ares IV MAV nämns att MAV endast var utformad för "låg omlopp". Detta är ett bevis på att MAV kunde bana Mars utan ändringar .

        
    svaret ges 06.10.2015 21:27
    4

    Jag har inte sett filmen ännu. Men jag citerar ett stycke från sidan 386 i boken:

    Bruce slid the booklet across the desk to Venkat. "The problem is the intercept velocity. The MAV is designed to get to low Mars orbit, which only requires 4.1 kps. But the Hermes flyby will be at 5.8 kps."

    En låg Mars-bana är inte suborbital.

    Hermes flyttar 5,8 km / sek när den flyger från Mars, som ligger över Mars-flyghastigheten.

    Hermes har jonmotorer. Stor Internetleverantör men mycket låg drivkraft. Det skulle ta för mycket tid att sätta på bromsarna nog för att sakta från en solcentrerad omlopp till en Mars-omloppsbana. Således måste Hermes zooma av Mars mycket snabbare än den typiska MAV rendezvous banan. Så MAV måste anpassas för att matcha Hermes 5,8 kilometer / sekund hastighet.

    Här är en snabb bild (inte att skala):

    LågMarsOrbitärcirka3,4km/sek.VarförsägerBruce4,1?IntesäkertmenkanskeförattMAVskulleådrasigengravitationstestvidstigning.

    Ettrelateratproblem

    LågttryckbetyderocksåattHermesärlångsamtattgåpågasen. Neil DeGrasse Tysons trailer för Martian har Hermes avgå från låg jordbana (1 : 15). Vid 2 millimeter / sekund ^ 2 acceleration skulle det ta Hermes mer än en månad att spiral ut ur jordens tyngdkraftsbrunn. Det vrak Weirs 124-dagars banan från jorden till Mars. Se Faktakontroll Neil deGrasse Tyson .

    Jag önskar säkert att Tyson hade Hermes från Earth Moon Lagrange 2 (EML2) istället för låg jordbana. Då skulle Weirs banan vara trovärdig. Och det hade varit en utmärkt möjlighet att ge EML2 lite uppmärksamhet. EML2 är ett mycket intressant läge .

        
    svaret ges 07.10.2015 17:25