Gravity turn/fr
Un virage gravitationnel (ou gravity turn, GT) est une manoeuvre utilisée pour lancer un engin pour faire une orbite autour d'un corps celeste tout en utilisant un minimum de carburant. Pour s'échapper de la surface, un vaisseau doit s'élever plus vite que la gravité ne le tire vers le bas. Afin de maintenir une orbite stable, l'engin doit avoir suffisament de vitesse horizontalepor éviter d'entrer en colision avec la surface ou l'atmosphère. Un virage gravitationnel combine deux étapes en une seule manoeuvre afin d'économiser du carburant : le vaisseau monte verticalement, puis il se penche lentement sur le côté jusqu'à ce qu'il soit à l'horizontal.
Pour comparer, imaginez arriver une obite sans virage gravitationnel, ce serait un vol totalement vertical, puis un virage à 90° une fois assez haut pour se mettre en orbite. Considérez que le virage coupe le coin. C'est un chemin plus court (en temps et en distance, donc il économise du carburant.
Cette efficacité s'applique également à l'atterrissage depuis l'orbite. Au lieu d'éliminer toute la vitesse horizontale et de commmencer ensuite une lente descente vers la surface, il est plus efficace de ralentir votre vitesse horizontale et verticale en même temps (c'est une composante du suicide burn).
Mechaniques
Les forces d'une fusée au décollage
Les forces d'une fusée avec une inclinaison de 30°
La gravité transforme le travail en combattant le moins possible la gravité pour gagner suffisament d'altitude et de vitesse horizontale pour la manoeuvre souhaitée. Etant donnée que la pesenteur est toujours présente, le vaisseau accélérera toujours moins vite verticalement que sur le côté. Si un vaisseau lancé suivait une trajectoire de vol purement verticale, il passerait alors toute sa poussée à accéléler dans la direction la plus difficile (et inéficace) dépansant ainsi plus de ΔV pour gagner moins de vitesse sans gagner de vitesse horizontale nécessaire à l'orbite. En d'autre termes, un lancement vertical est le lancement le moins efficace. Tout de fois dcette efficacité dépend du Rapport Poids Puissance (TWR).
Gravity turns are not always perfect. The most efficient gravity turn would have a continuous burn right up to completing a circular orbit. Factors like TWR changing as the craft flies and human reaction time keep them from being perfect. In most scenarios, the craft may need to pause its burn once any atmosphere is escaped, coast to apoapsis and then do a circularization burn.
For a beginner example for the proper turn timing and amount: try a gravity turn on Kerbin once you reach around 150 m/s (or 2 km altitude), with the ship facing about 5 degrees off vertical and towards the selected direction (east, in case of prograde equatorial orbit). From there keep the ship pointed prograde or slightly above if you get too close to your apoapsis before leaving the atmosphere. A more efficient one would require experimenting to find the best pitch over angle and speed for each craft (and celestial body). An ideal turn trajectory is calm, and follows the prograde (
) direction as the craft pitches over.
La manoeuvre de virage gravitationnel s'effectue de la manière suivante. En supposant un site de lancement parfaitement plat, la manoeuvre commence comme un lancement à la vertical, une montée verticale. Puis uen fois qu'une certaine vitesse atteinte (l'altitude peut aussi être une conditionà, un léger virage est effectué, appelé la manoeuvre de renversement (traduction bancale de pitchover maneuver). En s'éloignant légèrement de la verticale, la gravité tirera le vecteur vitesse vers le bas donnant une direction à l'engin, celui ci devra s'incliner pour le suivre. Le couple généré par les ailerons placés sur la base inclineront l'atmosphère la fusée dans la bonne direction, maimais hors de l'atmosphère ou sans l'aérodynamisme de la fusée, l'engin devra être contrôlé par le pilote. Dans ce cas, l'engin gagnera plus de vitesse plus tôt car le vecteur n'est pas opposé à la gravité ; la [w:centrifugal force|force centrifuge]] (qui est produite par l'inertie) commence à diminuer l'effet de la gravité sur l'engin, économisant plus efficacement du carburant et du temps. Plus le vecteur s'incline sur le côté, plus le pourcentage de poussée dépensée pour combattre la gravité diminue et plus le pourcentage de poussée dépensée pour gagner en vitesse augmente. A la fin du virage, le moins de carburant est gaspillé pour lutter contre la gravité. Si l'engin a acquis une vitesse horizontale suffisante à une altitude au-dessus de la surface ou de l'atmosphère, il sera alors en orbite stable.
L'altitude pour commencer la manoeuvre de basculement du virage gravitationnel dépend de plusieurs facteurs. Sur les corps avec une atmosphère, la traînée entrent également en jeu pour déterminer le virage le plus efficace.
The altitude to start a gravity turn with a pitchover maneuver at depends on several factors. On bodies with atmospheres, atmospheric pressure and drag also comes into determining the most efficient gravity turn.
Timing
Le début et l'inclinaison du virage gravitationnel sont principalement pacées sur trois paramètres :
- Les obstacles pouvant être dans la trajectoire ;
- La densité de l'atmosphère, la traînée et la pression (ou chaleur) maximale ;
- la gravité du cops et par extension le rapport poids/poussée (RPP ou TWR).
Toute colline ou montagne au milieu de la trajectoire de vol doit évidemment être évitée afin de limiter les dégâts. Bien que l'augmentation de la hauteur de la manoeuvre ne soit pas le virage gravitationnelle le plus éfficace, cela évitera une collision.
Sur des corps sans atmosphère, un vaisseau lancé n'a pas à se soucier de la trâinée, il devrait donc se tourner à l'horizontale le plus tôt possible en prenant en compte le RPP (TWR) et les caractéristiques de l'astre. Faire cela minimise le pourcentage de poussée dépensé pour résister à la gravité, tout en maximisant le pourcentage dépensé pour gagner suffisament de vitesse horizontale pour atteindre l'orbite.
Sur les planètes avec une atmosphère la hauteur à laquelle commencer le virage gravitationnel ou l'inclinaison sont cruciales pour l'efficacité du virage. Si un engin tourne trop tard ou trop peu durant le vol, il utilisera plus de carburant pour lutter contre la gravité que pour contrer la résistance de l'air. Si le vaisseau tourne trop tôt ou trop fort, il parcourra une plus longue distance dans l'atmosphère, perdant ainsi plus d'énergie face à la traîner, cela nécessite plus de carburant pour compensé cette perte d'énergie. Si le virage fait en sorte que l'engin pointe horizontalement avant d'arriver à une altitude au-dessus de l'atmosphère, l'engin devra alors dépenser plus de Δ-V. Sinon, cela entraînera une collision (possiblement dangereuse) avec la surface. Etant donné que les étages inférieurs ont tendance à avoir un RPP plus faible, il est généralement plus sûr de commencer le virage à une altitude plus élevé ou un angle plus faible afin d'éviter une situation où un étage inférieur ne permettrait pas à un étage de faire son travail initial (rendant souvent l'ISP ou l'efficacité plus faible). En cas de montée dans une atmosphère dense, la pression dynamique devient un facteur important car une vitesse trop élevé peut endommager l'engin (par l'intermédiaire de la température), et augmenté la traînée à des altitudes plus basse augmentant la consommation de carubrant plus (inefficace face à la compensation de la gravité). La vitesse terminale indique la vitesse ascendante optimale.
La pesenteur de l'astre entre également en compte. Sur les corps avec une gravité très forte, une plus grande partie de la poussée doit être dépensée pour combattre la gravité, laissant une plus petite partie de la poussée pour gagner de l'altitude et de la vitesse horizontale. Sur un tel corps, cela signifie que le virage aura un angle plus faible. A l'inverse, sur un coprs à très faible gravité, le virage peut être plus prononcé. Le RPP de l'engin affecte également le moment où commencer. Les vaisseaux avec des TWR très élevés auront beaucoup de poussée à revendre, de sorte qu'ils peuvent passer un petit poucentage de leur poussée à lutter contre la gravité et un pourcentage beaucoup plus important à gagner de la vitesse horizontale. Cela signifie qu'un tel engin peut rendre son virage gravitationnelplus bas et plus net qu'un engin avec un RPP plus faible, cela signifie également que l'ascension cera plus rapide et donc plus efficace avec un coût de Δv plus faible.
Rapport poussée poids
Le Rapport poussée poids d'un engin peut influencer considérablement le virage gravitationnel. La combustion du combustible continuera à augmenter le RPP du vaisseau durant le vol. Le RPP changera également au fur et à mesur des étages, augmentant lorsque les réservoirs vides sont perdus, mais diminuant lorsque les moteuts sont perdus. Si le vaisseau suit un angle trop élevé, il pourrait épuiser complétement ses étages inférieurs avant de s'échapper de l'atmosphère et de suivre par des étages avec un RPP plus faible entraînant possiblement une colision avec l'astre. Si l'engin suit un angle trop faible, il pourrait épuiser ses étages de départ plus puissant avant de sortir de l'atmosphère et passer à un étage dont le RPP n'est pas assez puissant pour circulariser correctement, pour finalement rentrer dans l'atmosphère.
Atterrissage
Le virage gravitationnel est la clé d'un atterrisage réussi. La principale différence avec la montée est que les évènement se produisent à l'envers dans le temps en raison du rétrograde (
) qui permet de perdre sa vitesse horizontale lors de la transition vers un vol vertical, permettant de se poser sur la surface.
La présence d'e l'atmosphère est d'une grande aide car la traînée est toujours dirigée dans la direction opposée à la vitesse (si elle n'est pas affectée par la portance ou toute autre résistance supplémentaire), c'est-à-dire le programme nécessaire pour un virage gravitationnel. La traînée force à avoir une sorte de viragr gravitationnel et l'effet peut être accentué par des parachutes. LEs parachutes peuvent diminuer la vitesse de descende (vitesse terminale) pour un atterrissage en toute sécurité sans aucuune assisance motorisé dans une atmosphère suffisement dense.
Sur les corps sans atmosphère, la manoeuvre de tangage doit être lancée immédiatement après avoir quitté la surface (montée verticale minimale), et doit accèlérer à pleine puissance pour une ascension plus efficace. Cela signifie (comme si on le jouait à l'envers) que la décélartion à plein puissance (poussée rétrograde()) doit être commencée le plus tard possible pour finir de freiner, c'est un "suicide burn". L'approximation de la trajectoire "idéale" signifie une augmentation de l'efficacité ainsi que du danger. Rationnellement, un certain espace libre est nécessaire, mais la vitesse de descente doit être maximisée raisonablement après que l'engin ait viré à l'orientation verticale.
Voir aussi
- Gravity turn on Wikipedia
