Trampoline: Desorbitage Systeme

Version 1.1
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Une séquence typique d’une mission trampoline de désorbitage est utilisée ici pour résumer la proposition.


Trampoline Deorbiting System Mission
                      Sequence

[1] Combustion finale du lancement

Le vaisseau spatial est livré à l’orbite d’attente par le moteur principal fonctionnant dans la direction prograde.   

Deploying Trampoline

[2] Transposition dans l’orbite d’attente

Cette manœuvre autorise le moteur principal à fonctionner en marche arrière (direction rétrograde).

[3] Déploiement du trampoline pour son transfert à l’orbite du derelict.

Le trampoline est rangé dans la partie aérodynamique de la configuration de lancement.  Voir les détails. Dans sa configuration déployée, les sandows sont tendus par-dessus le trampoline au-dessus de la plateforme pour absorber les chocs de contact.

captured derelict

[4] Derelict

L’esquisse ci-dessus représente un satellite typique défunt, avec un corps cylindrique et des panneaux solaires.   Voici une ‘vue de dessus’ de sa capture par les bras du trampoline.

[5] Capture du derelict

Les bras du trampoline sont chargés de ressorts mécaniques pour se retracter contre le derelict.

Deorbiting Burn

6] Combustion du désorbitage

On voit ici la caractéristique la plus distinctive du système trampoline de désorbitage : Le combustion de désorbitage mène à une compression contre le derelict.  Le mécanisme de capture n’a pas besoin de saisir fermement le derelict pour concilier des tensions extrêmes pendant la combustion de cette manœuvre.  La force du moteur principal peut ainsi être réglementée pour prévenir des collisions avec des satellites sur orbite pendant la livraison du derelict à l’orbite d’élimination.

[7a] Libération de la trampoline
[7b] Elimination du derelict dans l’atmosphère terrestre

Le coût de fabrication du système trampoline de désorbitage est dominé par celui du module de service, qui est destiné à être réutilisable.  Chaque derelict est livré à l’orbite d’élimination en même temps que le module du trampoline, qui est destiné à être sacrificié.

Recovery of Service Module

[8] Combustion de la récupération

Le moteur principal peut être utilisée pour changer son orbite pour cibler la zone de la récupération.

[9] Rentrée

La rentrée atmosphérique est gérée pour limiter l’ablation de l’écran thermique et ainsi assurer la réutilisation du module de service.

 [10] Amerrissage

Le module de service a besoin d’être équipé d’une bouée gonflable pour la récupération en mer aussi bien qu’un éclairage et une balise robuste pour la récupération dans n’importe quelle condition météorologique.   


Caractéristiques de conception du Trampoline, Système de désorbitage


Pousser et non Tirer

La caractéristique de conception de loin la plus distinctive du Trampoline, Système de désorbitage est la manière dont le système reconnaît pleinement une réalité dans la technologie spatiale – que les fusées ne peuvent que pousser et non pas tirer.  Avec des recherches internet, on peut trouver nombre de propositions pour des mécanismes de capture qui nécessitent subséquemment de remorquer le derelict au bout d’un câble jusqu’à une orbite avec trainée atmosphérique.  

towing

Voici l’esquisse d’un derelict capturé dans un « filet à papillons » puis remorqué vers son désorbitage pendant une combustion de la fusée.  Observez qu’une seule fusée principale ne peut pas être à incorporé dans le dessin parce qu’elle dirigerait ses flammes dans une ligne centrale. Au lieu de ceci, multiples de propulseurs déplacés latéralement doivent être incorporés.

Qui plus est, pendant les combustions de directions rétrogrades, le derelict capturé va se déplacer spontanément et son centre de masse va s’écarter de la position centrale. Cela peut mettre le câble de remorque dans une position conflictuelle avec les flammes ds combustion.  Au fait, dans la mesure où les combustions de désorbitage ne sont pas nécessairement continues, le câble va être lâche de temps en temps, et tous les mouvements latéraux qui sont induits peuvent permettre au derelict de se balancer sans limite, d’une façon délétère.

Gardez en tête que le derelict est apte à être plus massif que le vaisseau spatial utilisé pour son désorbitage, ce qui impose des forces considérables sur le câble et le mécanisme de capture – des forces de tension qui sont plus difficiles à gérer ménager que les forces de compression contre la plateforme du trampoline.  Pour le système du trampoline proposé, des désalignements peuvent facilement être compensés par la manipulation de poussée conventionnelle par le seul moteur du module de service. 

Derelicts en rotation

 

tumbling

Un des défis techniques les plus difficiles est la construction d’un système fonctionnel pour capturer un derelict qui est en rotation dans l’espace. Voici comment le Trampoline système de désorbitage proposé accomplirait ce défi.  Comme montré dans l’étape 3 de la séquence mission, « Dans sa configuration déployée, des sandows géants sont tendus au-dessus du trampoline, au-dessus de la plateforme, pour absorber des chocs de contact. »  Avant l’étape 5, le module de service va être opéré dans le mode robotique à distance et commandé par des opérateurs au contrôle central sur Terre qui utilisent de l’information vidéo en temps réel. 

Le module de service avec le trampoline déployé prendrait une position dans le plan de rotation du derelict qui est en rotation.  Le trampoline est ensuite déplacé progressivement  plus proche si ses bungies engagent des protubérances sur le derelict.  Le échange du élan en le rebond va ralentir la rotation du derelict tout en repoussant et tournant le trampoline avec le module de service attaché.  Tous ces mouvements sont opposé par les propulseurs dans le module de service.  Quelques répétitions peuvent être nécessaires avant la capture du derelict peut à compléter. 

Manœuvres de désorbitage

Once the capture is complete in the derelict orbit, the ensemble (trampoline with derelict, plus service module) will need to conduct the most appropriate deorbiting maneuvers.

 

From a derelict orbit, which is typically circular, a retrograde deorbiting burn that produces a small ∆V will change the orbit of the ensemble to an eccentric ellipse, with its perigee on the opposite side of the earth.  The ensemble will then return back up to the firing point, which will be at its apogee, having twice traversed the orbits of working satellites.


Taking into consideration the Oberth Effect, a larger ∆V would be used to put the perigee into atmospheric drag zone below 200 km in elevation.  The resulting apogee will be lower than the firing point, which reduces the likelihood of collisions in between. 


The preferred strategy is to program the service module to execute deorbiting burns at perigee, effectively adding main engine thrust to the atmospheric drag, which hastens the final outcome while reducing collision risks.  Accordingly, a large enough ∆V at perigee will effectively circularize the orbit within the atmospheric drag zone.


Electrical
Requirements

One does not see solar panels on the service module.  Here's why.  The duration of a typical mission for the Trampoline Deorbiting System
will be less than 24 hours... 

Operations
Hours
Launch to Parking Orbit
3 to 5
Transfer to Derelict Orbit
2 to 3
Capture Derelict
4 to 5
Deorbiting Burn
3 to 4
Recovery Burn
1 to 2
Reentry and Splash-Down
2 to 4
Estimated Total  
15 to 23

That means electrical power for communications and control, for solenoids and motorized operations, including valves and pumps for main-engine functions -- all electrical demands can be readily met by properly sized storage batteries.  This feature greatly simplifies the mechanical design of a fully recoverable service module. 


Details of Trampoline Operations
  • Trampoline DetailsAs part of pre-launch preparations, the trampoline arms are mechanically retracted by their spring-loaded returns and latched for stowage inside the aerodynamic fairings. 
  • After the transposition maneuver in the parking orbit, the trampoline arms are extended pneumatically from a pressure vessel inside the service module.
  • While capturing the derelict, the pneumatic pressure is relieved or selectively reinstated by valving  remotely commanded from the ground-based control center.
  • Releasing the trampoline after the deorbiting burn also opens the pneumatic line from the service module, which permanently maintains the spring-load arms against the derelict.
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