Advertisement

Interplanetary Trajectories for Electrically-Propelled Space Vehicles

  • W. E. Moeckel
Conference paper

Abstract

Interplanetary Trajectories for Electrically-Propelled Space Vehicles. Determination of the space-mission capabilities of electric-propulsion systems requires study of the trajectories followed by space vehicles during powered flight in gravitational fields. In the present paper, solutions to the equations of motion for such flights are discussed. Both constant- and variable-thrust acceleration are considered, and methods of matching prescribed end-point conditions are described. Particular attention is given to the problem of interplanetary transfer, for which the mass ratios needed with various thrust programs are compared.

For round-trip interplanetary missions, it is shown that large reductions in the total mission time can be achieved by following indirect heliocentric paths. For the Earth-Mars mission, it is found that electrically propelled vehicles can achieve total trip times comparable to those attainable with high-thrust rockets, with weights that may be considerably less than those possible with nuclear rockets.

Keywords

Space Vehicle Specific Impulse Thrust Vector Lead Angle Constant Thrust 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Zusammenfassung

Interplanetare Bahnen für elektrisch angetriebene Raumfahrzeuge. Die Ermittlung der Nutzlast von elektrisch angetriebenen Systemen erfordert zunächst die Bestimmung der Bahn des Fahrzeuges während der Antriebsperiode. In der vorliegenden Arbeit werden Lösungen der Bewegungsgleichungen für derartige Bahnen untersucht. Konstante und veränderliche Beschleunigung wird angenommen, und es werden Methoden beschrieben, um ein vorgegebenes Ziel zu erreichen.

Für interplanetare Fahrten kann die Gesamtzeit der Reise unter gewissen Umständen stark reduziert werden. Für die Erde-Mars-Fahrt zeigt sich, daß elektrisch angetriebene Fahrzeuge Reisezeiten in der Größenordnung der Reisezeit von Raketen mit hohem Schub erreichen können, wobei das Massenverhältnis wesentlich günstiger als bei Atomraketen ist.

Résumé

Trajectoires interplanétaires pour des véhicules spatiaux à propulsion électrique. La détermination des missions spatiales pouvant être accomplies par des fusées à propulsion électrique nécessite l’étude des trajectoires suivies par les véhicules spatiaux durant des vols propulsés à travers des champs de gravitation. Dans cet article, sont discutées les solutions de l’équation de mouvement correspondant à ces vols. Dans les deux cas, d’une accélération constante et d’une accélération variable, l’auteur fournit des méthodes pour obtenir les conditions prescrites à l’arrivée. Une attention particulière est portée au problème des transferts interplanétaires, pour lesquels on compare les rapports de masse nécessaires, en fonction des diverses poussées envisagées.

Pour des missions interplanétaires aller et retour, il est montré que de grandes réductions de temps peuvent être obtenues au moyen de trajectoires indirectes autour du soleil. Pour la mission Terre-Mars, l’auteur trouve qu’un engin à propulsion électrique peut faire le voyage complet dans un temps comparable à celui obtenu par une fusée à forte poussée, alors que le poids d’une fusée à propulsion électrique peut être considérablement moindre que celui d’une fusée nucléaire.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    W. E. Moeckel, Trajectories with Constant Tangential Thrust in Central Gravitational Fields. NASA TR R-53, 1960.Google Scholar
  2. 2.
    J. H. Irving and E. K. Blum, Comparative Performance of Ballistic and Low-Thrust Vehicles for Flight to Mars. In: Vistas in Astronautics. London: Pergamon Press, Inc., 1960.Google Scholar
  3. 3.
    J. A. MacKay, L. G. Rossa, and A. V. Zimmerman, Optimum Low-Acceleration Trajectories for Earth-Mars Transfer. Presented at IAS Meeting on Vehicle Systems Optimization, Garden City, Nov. 28 – 29, 1961.Google Scholar
  4. 4.
    W. E. Moeckel, Fast Interplanetary Missions with Low-Thrust Propulsion Systems. NASA TR R-79, 1961.Google Scholar
  5. 5.
    E. Levin, Low Acceleration Transfer Orbits. Rand Corporation Report P-2038, July 15, 1960. (To become a chapter in: Handbook of Astronautical Engineering. New York-Toronto-London: McGraw-Hill.)Google Scholar
  6. 6.
    E. Rodriguiz, Method of Determining Steering Programs for Low-Thrust Interplanetary Vehicles. ARS Journal 29, 783 (1959).CrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    H. R. Kaufman and P. D. Reader, Experimental Performance of Ion Rockets Employing Electron Bombardment Ion Sources. ARS Paper No. 1374–60, Presented at ARS Electrostatic Propulsion Conference, Monterey, Calif., Nov. 3–4, 1960.Google Scholar
  8. 8.
    R. E. English, H. O. Slone, D. T. Bernatowicz, E. H. Davison, and S. Lieblein, A 20,000-Kilowatt Nuclear Turboelectric Power Supply for Manned Space Vehicles. NASA MEMO 2–20-59E, 1959.Google Scholar
  9. 9.
    R. C. Weatherston and W. E. Smith, A Method of Heat Rejection from Space Powerplants. ARS Journal 30, 268 (1960).Google Scholar
  10. 10.
    J. F. Dugan, Jr., Analysis of Trajectory Parameters for Probe and Round-Trip Missions to Mars. NASA TN D-281, 1960.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 1962

Authors and Affiliations

  • W. E. Moeckel
    • 1
  1. 1.Electromagnetic Propulsion Division, National Aeronautics and Space AdministrationLewis Research CenterCleveland 35USA

Personalised recommendations