Ayuda para elegir un escenario de asistencia por gravedad para este problema

El problema que se indica a continuación es de una tarea que me dieron. Mi enfoque inicial implicó hacer una Transferencia Hohmann directa a Saturno. Este enfoque violó las restricciones de combustible y, por lo tanto, se consideró inadecuado para una solución.

Entonces, consideré usar una asistencia de gravedad. Para empezar, consideré a Venus. Usando el navegador de trayectoria de la NASA, obtuve la ventana de lanzamiento el 12 de marzo de 2020 y la llegada a Venus el 2 de julio de 2020, que es una transferencia de 112 días. Al analizar, descubrí que el sobrevuelo alrededor de Venus será un sobrevuelo principal y quería un sobrevuelo posterior.

Estoy un poco confundido sobre qué hacer ahora, ya que necesito enviar la tarea a mi profesor antes del 5 de diciembre.

Una tripulación de un ex piloto, tres científicos y dos robots se lanza dentro de un vehículo de tripulación multipropósito (MPCV) en una órbita circular de radio 8 × 104 km alrededor de la Tierra, con 20 ◦ de inclinación con respecto al plano ecuatorial de la Tierra y 0 ◦ ascensión recta del nodo ascendente. A las 00:00 UT del 1 de enero de 2020 (tomada como la hora de inicio de la misión, t0), el MPCV tiene una anomalía de 30◦ (desde el nodo ascendente) y está rezagado con respecto a Spaceship Endurance en 90◦, que también está en el misma órbita circular.

La misión de la tripulación es encontrarse y entrar en Endurance, y luego viajar a una órbita de radio de 105 km alrededor de Saturno con 0◦ de inclinación con respecto al plano en el que se encuentra la órbita de Saturno alrededor del Sol.

Sin embargo, el tiempo es esencial , porque el objetivo final de la misión es entrar en un agujero de gusano que se ha descubierto cerca de la órbita de Saturno, pero para asegurarse de que el agujero de gusano estará allí cuando llegue, la tripulación debe estar en su objetivo Cronian. (Saturnino) órbita preferiblemente dentro de los 8 años desde t0. Además, como resultado de la rápida reducción de los recursos naturales o industriales debido a la plaga de cultivos en la Tierra, la misión no puede exceder un presupuesto total de ∆vtot = 15 km/s. Diseñar la arquitectura de la misión.

@uhoh ¿Alguna idea sobre esto?
bueno, creo que tu tarea está un poco retrasada ahora ;-) No soy un "planificador de misiones", pero algunas personas aquí sí lo son. Tal vez pueda ayudar a atraer algo de interés con una recompensa.
La asistencia gravitatoria obvia para la misión de Saturno es Júpiter. ¿Hay alguna razón para no hacer eso?
Creo que Hohmann+aerocapture en órbita retrógrada sería el enfoque óptimo y la inclinación 180 en lugar de 0 daría como resultado el mismo plano orbital... y no es como si realizaras una cita con un agujero de gusano, ¡simplemente te sumerges en él!
@SteveLinton ¡Júpiter siempre es la mejor opción! Pero, no creo que solo el sobrevuelo de Júpiter cumpla la misión. Es posible que se deban considerar más opciones de asistencia por gravedad.
@SF ¿Cómo logro una captura aérea en papel? ¿Puedes indicarme alguna referencia?
@Suraj: No tengo las referencias, pero para sus propósitos, establezca el periápside de sobrevuelo en la atmósfera de Saturno y trate el sobrevuelo en el periápside como una quemadura retrógrada "libre". Delta-V está afinado con una gran cantidad de aerodinámica sofisticada y altitud de sobrevuelo exacta, pero eso debería estar fuera de su alcance en papel. Debe aerocapturar en una órbita muy excéntrica, luego puede repetir el frenado de aire en el Pe subsiguiente para reducir el apoapsis gradualmente, antes de elevar el periapsis según sea necesario. Por supuesto, la nave necesita una protección térmica y una estructura adecuadas. Starship Endurance de Interstellar sería hecho pedazos.

Respuestas (1)

Ingresé los números que proporcionó al Navegador de trayectoria de la NASA . Recomiendan una fecha del 22 de febrero de 2019, con una fecha de llegada del 18 de marzo de 2022 y un sobrevuelo de Júpiter el 16 de junio de 2020. Uso total delta-v de menos de 10 km/s. El escenario se puede encontrar en este enlace .

Sin duda, hay opciones que podrían mejorar aún más el escenario, incluidas cosas como un sobrevuelo de Titán para entrar en la órbita correcta, volar por Venus, etc., pero parece que esto te llevará a donde quieres ir, con 5 km/s de reserva delta-v.

EDITAR: Dada la apertura de la ventana de lanzamiento en 2020, la mejor oportunidad se convierte en un lanzamiento el 28 de marzo de 2020 . Hay una serie de posibilidades que van desde un enfoque EJS de entre 4,6 y 7,5 años, con 7,3-8,5 km/s de delta-v utilizados. Creo que personalmente apostaría por este , con 4,6 años y 8,3 km/s de consumo de combustible.

¡Oh, eso es genial!
¡El Navegador de trayectorias de la NASA es realmente genial!
@PearsonArtPhoto Pero según el problema, la nave espacial se lanza a la órbita terrestre solo en enero de 2020.
Me perdí eso... Suspiro. Entonces la propuesta es lanzarse directamente a Saturno, se actualizará.
Yo lo hice. Una transferencia interplanetaria de Hohmann a Saturno usando Patch Conics viola la restricción de combustible. El combustible total requerido sería de alrededor de 17,72 km/s
Muestro el combustible para un directo a apenas capturar para estar mas cerca de los 8 km/s... Debe ser algo con la orbita especifica? En realidad, ese parece ser el factor clave, orbitar Saturno tan cerca es realmente difícil... Supongo que algunos sobrevuelos de Titán podrían reducir esa carga, y hay tiempo, así que...