Difference between revisions of "Orbit darkness time/ru"

Revision as of 13:24, 16 September 2014

Период затенения орбиты (англ. "orbit darkness time") определяет период времени в котором аппарат остается в тени объекта, вокруг которого вращается. Точное время зависит от текущей конфигурации орбиты и лун.

На этой странице дается выражение для наихудшего варианта продолжительности периода, в который аппарат будет в тени на орбите. Эта информация может использоваться, чтобы определить, сколько батарей необходимо для аппарата, чтобы остаться работающим во время затененной части орбиты.

Основные вычисления

Здесь дан результат для вычисления самого долгого промежутка времени, проводимого в тени (в единицах измерения - секундах): ${\displaystyle T_{d}={\frac {2ab}{h}}\left({\text{sin}}^{-1}\left({\frac {R}{b}}\right)+{\frac {eR}{b}}\right)}$ where:

• ${\displaystyle a}$ - главная полуось;
• ${\displaystyle b}$ - малая полуось;
• ${\displaystyle h}$ - specific angular momentum;
• ${\displaystyle e}$ - эксцентриситет;
• ${\displaystyle R}$ - радиус планеты или луны.

Для справки, эти значения можно вычислить при известных апоцентре (Ap), перицентре (Pe) и теле на орбите:

• ${\displaystyle r_{a}=Ap+R}$ - апоцентр, измеренный от центра тела;
• ${\displaystyle r_{p}=Pe+R}$ - перицентр, измеренный от центра тела;
• ${\displaystyle a={\frac {r_{a}+r_{p}}{2}}}$ - главная полуось;
• ${\displaystyle b={\sqrt {r_{a}r_{p}}}}$малая полуось;
• ${\displaystyle e={\frac {r_{a}-r_{p}}{r_{a}+r_{p}}}}$ - эксцентриситет;
• ${\displaystyle l={\frac {2r_{a}r_{p}}{r_{a}+r_{p}}}}$, the semi-latus rectum of the orbital ellipse
• ${\displaystyle \mu =GM}$, the gravitational parameter
• ${\displaystyle h={\sqrt {l\mu }}}$, the specific angular momentum

The following parameters are the minimum requirements to calculate the values from above:

• ${\displaystyle Ap}$, planned apoapsis of the craft's orbit from the surface of the body
• ${\displaystyle Pe}$: planned periapsis of the craft's orbit from the surface of the body
• ${\displaystyle R}$: radius of body to orbit (a.k.a. equatorial radius)
• ${\displaystyle M}$: mass of body to orbit

The radius and mass of a body can be obtained by visiting the page of the body (e.g. Kerbin) or by visiting Kerbol System/Table which contain the mass and radius of all celestial bodies. The actual page of a body also shows the gravitational parameter directly so it doesn't need to be multiplied by G.

When using kilometer for the orbital parameters the gravitational parameter needs to be divided by 1000³. For example Kerbin has an equatorial radius 600 000 m or 600 km. Its gravitational parameter is 3.5316000×10¹² m³/s² or 3.5316000×10³ km³/s².

Упрощенное вычисление

For (almost) circular orbits where the eccentricity ${\displaystyle e}$ is very small this equation becomes rather simple:

${\displaystyle T_{d}={\frac {2r_{a}^{2}}{h}}\left({\text{sin}}^{-1}\left({\frac {R}{r_{a}}}\right)\right)}$

${\displaystyle h={\sqrt {r_{a}\mu }}}$

This simpler result only works when the apoapsis and periapsis are very close to the same altitude.

Ограничения

This method assumes the orbit is an ellipse/circle which is not changing or being altered by other bodies. It also assumes the sun's rays are parallel across the orbiting planet, although all bodies are small enough and far enough from the sun for this to be nearly true. The method does not take into account darkness caused by eclipses of a different body than the orbited body, for example, orbiting Laythe but Jool blocks the sun.

The method gives the longest amount of time spent in darkness, which for some orbits (e.g. polar orbits), will only be experienced periodically (see beta angle). However, it is a good idea to plan on the worst-case amount of time in darkness.

Применение

By entering the equations into a program such as Microsoft Excel or going to this calculator page, the darkness time can be calculated for various orbits around any planet or moon. Knowing the amount of time spent in darkness and the energy drain, the battery storage can be calculated by

${\displaystyle B={\dot {E}}T_{d}}$

where ${\displaystyle B}$ is the battery storage required in the electricity unit e, ${\displaystyle {\dot {E}}}$ is the rate of energy use in units of e/sec, and ${\displaystyle T_{d}}$ is the darkness time in seconds.

The darkness time along with the total orbital period can also be used to calculate how many solar panels are needed to recharge the batteries before the next cycle of darkness. However, the time spent in sunlight is usually quite long, and even a single small solar panel will recharge most any craft's batteries before the next darkness cycle.

Примеры

Круговая орбита вокруг Кербина на высоте в 100 км.

${\displaystyle T_{d}=642{\text{ seconds (10m 42s)}}}$

Using 0.05 e/s for the RC-001S and 0.04 e/s for the Illuminator Mk1 for a total drain of 0.09 e/s:

${\displaystyle B={\dot {E}}T_{d}=0.09{\text{ e/s}}\cdot 642{\text{ s}}=57.8{\text{ e}}}$

So at least 57.8 e of electricity is needed in storage to make it through the darkness for this orbit around Kerbin, using 0.09 e per second. The battery with the next largest amount of storage (as of 0.21.1^[outdated]) is the Z-100 with 100 e of storage. The RC-001S can also store 30 e so in theory only 27.8 e are required.

Орбита вокруг Джула с апоцентром в 700 км. и перицентром в 200 км.

${\displaystyle T_{d}=2403{\text{ seconds (40m 3s)}}}$

Using 0.05 e/s for the RC-001S and 0.16 e/s for 4x Illuminator Mk1 for a total drain of 0.21 e/s:

${\displaystyle B={\dot {E}}T_{d}=0.21{\text{ e/s}}\cdot 2403{\text{ s}}\approx 505{\text{ e}}}$

So at least 505 e of electricity is needed in storage to make it through the darkness for this orbit around Jool, using 0.21 e per second.

Круговые орбиты вокруг всех планет и лун

Следующая таблица содержит в себе периоды затенения для планет и лун. Все орбиты - круговые, на высоте 20% радиуса небесного тела.

Небесное тело	Период затенения		Период обращения орбиты	Высота над уровнем моря (м)
Мохо (Moho)	788 s	13 минут 8.4 секунд	41 минут 54.3 секунд	50 000 m
Ив (Eve)	531 s	8 минут 50.6 секунд	28 минут 12.2 секунд	140 000 m
Джилли (Gilly)	1 333 s	22 минут 13.3 секунд	1 часов 10 минут 52.1 секунд	2 600 m
Кербин (Kerbin)	641 s	10 минут 40.5 секунд	34 минут 2.6 секунд	120 000 m
Мун (Mun)	908 s	15 минут 7.6 секунд	48 минут 14.5 секунд	40 000 m
Минмус (Minmus)	906 s	15 минут 5.8 секунд	48 минут 8.7 секунд	12 000 m
Дюна (Duna)	854 s	14 минут 14 секунд	45 минут 23.5 секунд	64 000 m
Айк (Ike)	891 s	14 минут 50.9 секунд	47 минут 21.1 секунд	26 000 m
Дрес (Dres)	906 s	15 минут 5.8 секунд	48 минут 8.7 секунд	27 600 m
Джул (Jool)	2 265 s	37 минут 44.6 секунд	2 часов 0 минут 21.8 секунд	1 200 000 m
Лейт (Laythe)	654 s	10 минут 53.7 секунд	34 минут 44.8 секунд	100 000 m
Валл (Vall)	934 s	15 минут 34.3 секунд	49 минут 39.5 секунд	60 000 m
Тило (Tylo)	716 s	11 минут 56.1 секунд	38 минут 3.7 секунд	120 000 m
Пол (Pol)	890 s	14 минут 49.8 секунд	47 минут 17.6 секунд	8 800 m
Боп (Bop)	861 s	14 минут 20.7 секунд	45 минут 44.7 секунд	13 000 m
Иилу (Eeloo)	914 s	15 минут 13.7 секунд	48 минут 33.8 секунд	42 000 m