Questa è più una questione di fisica, ma ecco qui:

Sia il veicolo spaziale pilotato che il bersaglio del rendezvous sono oggetti ciascuno nella propria orbita, anche se possono essere separati da una distanza minima e avere velocità relativa l'una rispetto all'altra.

Un oggetto in un'orbita ideale viaggia sempre su un piano di orientamento assoluto fisso attorno al centro di massa dell'oggetto su cui orbita. L'orbita è sempre un'ellisse, tale che il centro di massa dell'oggetto orbitato occupa uno dei punti focali dell'ellisse. Un'orbita perfettamente circolare è semplicemente un caso speciale in cui entrambi i punti focali coincidono. Come articolato da Keplero, un oggetto in orbita copre aree uguali in tempi uguali, viaggiando più lentamente nel punto "più alto", più rapidamente nel punto "più basso".

Qualsiasi "spinta" data a un oggetto in orbita , indipendentemente dalla direzione, cambierà la sua orbita in qualche modo: aumentando o diminuendo la sua altitudine media, aumentando o diminuendo l'eccentricità (quanto è ellittica o circolare l'orbita) o cambiando l'orientamento del piano in cui sta viaggiando.

Considera un oggetto in un'orbita perfettamente circolare. Dandogli una spinta in più lungo la sua orbita aumenterà la sua energia orbitale, aumentando la sua altitudine media. Ciò farà sì che la sua orbita diventi ellittica, "salendo" a un'altitudine maggiore e perdendo velocità fino a quando non arriva al punto opposto a dove ha ricevuto la spinta, quindi discende e accelera di nuovo alla quota e la velocità subito dopo la spinta. p>

Quindi, immagina di esserti posizionato con successo esattamente sullo stesso percorso orbitale di un oggetto con cui vuoi incontrarti, solo a una certa distanza "dietro". Spari i tuoi propulsori per spingerti "avanti". Bene, inizi a muoverti verso il tuo obiettivo, ma poiché ti stai muovendo più velocemente, inizi a guadagnare quota e ti muovi "su" sopra il tuo obiettivo ... ma salendo ti rallenta e ti fa restare indietro!

Invece, potresti sparare con un propulsore "verso il basso" . Forzarti in un punto "inferiore" con la stessa energia orbitale ti fa muoverti più velocemente lungo la tua orbita, quindi raggiungi. Quindi spari un propulsore "verso l'alto" per riportarti al tuo stato energetico originale (e orbita), più vicino al tuo obiettivo.

Contro-intuitivo, ma si tratta di lavorare con gli stati energetici orbitali.

La risposta più semplice è che McDivitt ha spinto la navicella Gemini verso il secondo stadio di Titano nella stessa direzione in cui viaggiavano entrambi gli oggetti. I due erano separati a una distanza tale che i Gemelli impiegassero diversi minuti per raggiungere il secondo stadio di Titano con la quantità di spinta generata.

Se si trovassero in un campo zero-g senza nient'altro che impartisce una forza.

Ma erano in orbita. Poiché spingere verso il secondo stadio di Titano era anche lo stesso che spingere nella direzione della loro orbita attorno alla terra, questo ha avuto l'effetto di sollevare l'orbita della navicella Gemini. Poiché i Gemelli si trovavano ora in un'orbita più alta, il veicolo spaziale si muoveva più lentamente rispetto al secondo stadio del Titano.

Puoi vedere questo effetto dal fatto che un veicolo spaziale in orbita attorno alla terra a un'altitudine di 200 miglia impiega circa 90 minuti per orbitare attorno alla terra e un veicolo spaziale a 26.200 miglia impiega circa 24 ore per orbitare intorno alla terra (altrimenti noto come orbita geosincrona).

La distanza tra i due veicoli spaziali era sufficiente perché l'effetto dell'orbita mobile dei Gemelli dominasse il modo in cui i due oggetti interagivano. I vari tentativi di McDivitt di avvicinarsi al Titano continuarono a spostare i Gemelli in orbite più alte causando l'effetto controintuitivo di allontanarsi dal secondo stadio di Titano anche se stava puntando dritto verso di esso.

Lo stesso effetto si verifica quando il la portata è breve. Tuttavia, la tua altitudine orbitale non si alza o si abbassa abbastanza velocemente da fare la differenza. Quindi può essere in gran parte ignorato.

Alla fine la NASA ha risolto questo problema tempizzando correttamente l'approccio finale a un oggetto bersaglio. Al bersaglio è stato permesso di salire fino a un certo numero di gradi sopra l'orizzonte rispetto al veicolo spaziale. La navicella si trovava in un'orbita inferiore e iniziava a muoversi più velocemente del bersaglio. Quindi il comandante puntò i Gemelli direttamente verso il bersaglio. Il radar si è bloccato dando la velocità di chiusura del raggio.

Il comandante ha quindi applicato la spinta verso il bersaglio. C'era uno strumento che mostrava la distanza dall'obiettivo e il tasso di chiusura dell'intervallo su una scala. Il compito del comandante era di mantenere il tasso di chiusura del raggio nel punto giusto per la distanza corrente. Generalmente spingendo in avanti a intervalli periodici.

Se guardassi dall'esterno quello che vedresti è la navicella Gemini che si alza e si avvicina al bersaglio, passa sotto e poi si piega verso l'alto per fermarsi a poche centinaia di metri più avanti della posizione orbitale del bersaglio.

Durante l'intera manovra la navicella Gemini sarebbe stata puntata verso il bersaglio.

Quando il radar si guastò su Gemini 12, uccise il cruciale tasso di chiusura dell'intervallo. Il pilota Buzz Aldrin ha quindi utilizzato strumenti portatili (sestante, ecc.) E grafici per dire al Comando Jim Lovell quando applicare la spinta in avanti. Alla fine hanno completato con successo il rendezvous.

La spiegazione nella cornice del corpo T a cui McDivitt stava cercando di avvicinarsi è questa. Quando ha attivato la spinta, la navicella ha acquisito velocità $ \ mathbf v $ verso il corpo. La forza di Coriolis $ -2m \ mathbf {\ Omega} \ times \ mathbf v $ ha agito sulla navicella, dove $ \ mathbf \ Omega $ è la velocità angolare di rotazione del corpo T nell'orbita attorno alla Terra. Se i due corpi erano inizialmente alla stessa altezza, la forza di Coriolis agiva verso l'alto, dando così alla navicella una certa velocità nella direzione lontano dalla Terra. Ciò ha necessariamente portato il veicolo spaziale a un'altitudine più elevata e lì la forza di marea più la forza di Coriolis ha cambiato ulteriormente la velocità del corpo, quindi ha effettivamente iniziato a ritirarsi dal corpo T (vettore della forza di marea a punti di altitudine più alti lontano dal corpo T).

Siamo spiacenti, ma è impossibile spiegarlo senza fare riferimento alle orbite. Quando sei in orbita, la tua altitudine e la tua velocità lineare (velocità nella direzione dell'orbita) sono inestricabilmente legate: la tua velocità lineare è proporzionale alla radice quadrata dell'altitudine (raggio).
Di conseguenza, qualsiasi cambiamento di velocità cambia inevitabilmente la tua orbita.

L'articolo di Wikipedia non lo dice esplicitamente, ma logicamente, i Gemelli sarebbero stati davanti allo stadio Titano nella stessa orbita. Quindi il resto della descrizione ha un senso: McDivitt ha usato i propulsori puntati nella direzione dell'orbita per cercare di ridurre la distanza (cioè spinta retrograda). Quindi ha ridotto la sua velocità lineare, che doveva risultare in un'orbita inferiore. In un'orbita inferiore, non ci vuole molto tempo per completare un'orbita (360 gradi), quindi di conseguenza si allontana dallo stadio Titano.

La domanda ha posto una risposta in una cornice non inerziale locale come all'interno di Rama (il grande cilindro cavo dal romanzo di Arthur C. Clarke "Rendezvous with Rama"). Altre risposte sono corrette, ma cercherò di aggiungere una risposta in questo particolare sistema di riferimento.

Supponiamo di essere al centro di una base del cilindro e di voler saltare al centro del base opposta. Per rendere questo movimento simile all'impostazione di Gemini 4, Rama sta orbitando attorno alla Terra, muovendosi nella direzione del suo asse più lungo e sempre parallelo alla superficie della Terra - cioè, Rama sta ruotando con il centro di rotazione al centro della Terra.

Nel romanzo, Rama ruota attorno al suo asse lungo per creare gravità artificiale, ma poiché non gioca un ruolo nella nostra ambientazione, interromperemo quella rotazione.

Andando avanti Tornando a Gemini, in questa impostazione abbiamo appena messo un cilindro gigante con il centro della base anteriore sul bersaglio e il centro della base finale su Gemini 4 - supponendo che la loro orbita sia circolare.

Nel sistema di riferimento rotante di Rama, non sentiremmo la gravità, perché la gravità sarebbe esattamente bilanciata dalla forza centrifuga. È interessante notare che ciò non cambierebbe se ci muovessimo lungo l'asse di Rama perché sia ​​la forza centrifuga che la gravità dipendono solo dalla distanza dal centro della Terra e questo è il cambiamento (supponendo che il cilindro sia lungo solo pochi km).

Quindi, nel nostro sistema di riferimento, siamo senza peso a un'estremità di un cilindro e dobbiamo solo saltare direttamente in direzione dell'altra estremità, come ha fatto Gemini 4. Tuttavia, siamo in un sistema di riferimento rotante e dobbiamo tenere conto delle forze centrifughe e di Coriolis.

Come detto, la forza centrifuga non ha importanza perché la distanza dal centro della Terra non cambia e continua a bilanciarsi gravità.

Tuttavia, poiché ora ci stiamo muovendo nel sistema di riferimento rotante, la forza di Coriolis ha importanza. Quando ci si sposta in avanti in direzione tangenziale, la forza di Coriolis è diretta verso l'esterno e il nostro salto devia verso la parete esterna del cilindro, proprio come quando una navicella spaziale in coda accelera per catturare un bersaglio e termina in un'orbita più alta.

In conclusione, il problema può essere risolto in un sistema di riferimento rotante (almeno per piccole distanze) e la forza di Coriolis devia verso l'esterno qualsiasi veicolo spaziale che accelera lungo la sua orbita e devia verso l'interno qualsiasi veicolo spaziale che riduce la velocità orbitale.

Una buona analogia è una gara ciclistica su un tracciato rettilineo contro. su una pista circolare.

Per raggiungere una bici davanti a te, pedala più forte. Ma se ti trovi su una pista circolare, dovresti anche cercare di "tagliare la curva" e prendere la scorciatoia, perché più ti avvicini al centro della curva, più velocemente sorpassi l'altra bici. Se provi a sorpassarlo all'esterno, dovresti andare molto più veloce di lui per compensare l'arco più grande.