¿Cómo entrará en órbita alrededor de Ceres la nave espacial Dawn impulsada por propulsores de iones?

Tiene propulsores adicionales? No empujar hacia sus objetivos. Para eso, es 100% propulsado por un propulsor de iones . También tiene un conjunto de 12 propulsores monopropulsores de hidracina RCS (Sistema de control de reacción) de empuje variable MR-103G (0,9 N máximo) que se lanzaron con solo 46 kg de propulsores (léase: el empuje total de su RCS no proporciona a la nave espacial cambio de velocidad casi suficiente para controlar su trayectoria con ellos), y también usa ruedas de reacción (ahora dos de cuatro todavía en funcionamiento), así como sus tres propulsores de iones de xenón con cardán para control de actitud.. En realidad, incluso sus enormes paneles solares son giratorios, cardánicos, incluso plegables / extensibles, por lo que técnicamente también podría usar eso para cambiar su orientación a través del cambio en el centro de masa, si todo lo demás fallara y la potencia que proporcionan en ángulo menos que ideal hacia el Sol sería una preocupación secundaria. Pero solo se utilizan propulsores de iones para proporcionar a la nave espacial el cambio de velocidad requerido en relación con sus objetivos.

¿Como es posible? Con mucha gracia. Bajo empuje pero alto impulso específico ($I_\mathrm{sp}$) la propulsión requiere trayectorias ligeramente diferentes a las de alto empuje casi instantáneo (impulso) pero menor$I_\mathrm{sp}$propulsores Su desventaja es que, como tales, no son adecuados para aplicaciones de alto empuje, como el lanzamiento desde la superficie de cuerpos de fuerte gravedad, el aterrizaje o cualquier otra aplicación donde haya un gran cambio en la velocidad ($\Delta v$) se requiere en un corto período de tiempo (léase: aceleración / desaceleración rápida), pero su ventaja es que son altamente eficientes con su masa de reacción (Dawn usa solo alrededor de un kilo de su propulsor de xenón por semana con los tres ~ propulsores de 90 mN), y puede alcanzar un total mucho mayor$\Delta v$a lo largo de su misión.

Dawn ha comenzado recientemente su aproximación a Ceres y continuará avanzando después de dejar Vesta (con un ligero retraso debido a problemas con una de sus ruedas de reacción) para igualar aproximadamente la órbita de Ceres en velocidad, inclinación, excentricidad y hacerlo así. también coincide con su posición orbital alrededor de marzo de 2015. Desde entonces, su trayectoria de aproximación final también se ha cambiado (léase: optimizada) de una manera que le permitirá circularizar la órbita alta inicial alrededor de Ceres más rápido y usar la propia gravedad de Ceres encima de sus propulsores de iones para "caer" con gracia en un camino en espiral más cerca de él. Para ello dispondrá de un ligero exceso de velocidad hiperbólica ($v_\infty$) con respecto a Ceres cuando lo pasa en su órbita heliocéntrica, y luego comenzará a desacelerar lentamente con respecto a él. De uno de los diarios de Dawn ( 28 de noviembre de 2014 ):

El norte está en la parte superior de esta figura y el sol está muy a la izquierda. El movimiento orbital de Ceres alrededor del sol lo lleva directamente a la figura. El enfoque original llevó a Dawn sobre el polo sur de Ceres mientras giraba en espiral directamente hacia RC3. En el nuevo enfoque, aquí parece como si volara sobre el polo norte, pero eso se debe a la representación plana. Como muestra la figura anterior, el enfoque lleva a Dawn muy por delante de Ceres. La parte superior de la trayectoria verde no está en el mismo plano que la aproximación original y RC3; más bien, está en el fondo, “detrás” del gráfico. Mientras Dawn vuela hacia el lado derecho del diagrama, también avanza hacia el plano de la figura para alinearse con el RC3 objetivo. Como antes, los círculos, espaciados a intervalos de un día, indican la velocidad de la nave espacial; donde están más juntos, el barco viaja más despacio.

Se eligió una nueva trayectoria, al acercarse a Ceres por delante de su trayectoria orbital, para reducir más rápidamente la excentricidad de la órbita resultante después de la inyección orbital. La aproximación exacta a Ceres, la inserción en su órbita alta (13 500 km) y la posterior espiral hacia una órbita más baja (4430 km) se describen en detalle en los artículos del Blog de Dawn .

Pero el punto es que todos estos cambios en la trayectoria de Dawn se realizan mucho antes de estar dentro de la esfera de Cererean Hill (área a su alrededor donde su atracción gravitatoria domina sobre la atracción gravitatoria de otros cuerpos celestes) donde los grandes cambios en su trayectoria serían más prohibitivos. debido al tiempo que llevaría hacerlos y al no poder contrarrestar la atracción gravitatoria (digamos, si la trayectoria estaba muy alejada) con un empuje tan bajo disponible. Así que se acerca a los cuerpos celestes con gracia, y Marc Rayman, ingeniero jefe/director de misión de Dawn, usó palabras como "ballet celestial" para describir esto.

Aquí hay un video de simulación del enfoque final de Dawn y la inyección en órbita alrededor de Ceres, recién publicado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL) a través de su canal de YouTube :

Editar para agregar : Para conocer las complejidades del sistema de propulsión de Dawn y su ballet celestial a través del sistema solar y las órbitas alrededor de Vesta y Ceres, no puedo recomendar lo suficiente ver la conferencia de von Kármán sobre la misión Dawn de la NASA al cinturón de asteroides . El Dr. Rayman es un orador fantástico y estoy seguro de que sus explicaciones lo atraerán mucho mejor de lo que soy capaz. Responde una pregunta similar a la suya en la sesión de preguntas y respuestas que sigue a la conferencia, aproximadamente 1 hora y 3 minutos y medio después de la grabación.

Conferencia: Misión Dawn de la NASA al cinturón de asteroides

viernes, 5 de diciembre

La ambiciosa y emocionante misión Dawn es una de las aventuras más notables de la NASA en el sistema solar. Después de más de siete años de vuelos espaciales interplanetarios, la sonda está a solo unos meses del misterioso mundo de Ceres. La nave espacial ya ha completado una espectacular exploración de Vesta. Estos estaban entre los últimos mundos desconocidos en el sistema solar interior antes de Dawn. Son los dos residentes más masivos del cinturón principal de asteroides, esa vasta colección de cuerpos entre Marte y Júpiter. Ceres es tan grande que se incluye en la categoría de planetas enanos, junto con Plutón. Los paisajes alienígenas que Dawn revela brindan a la humanidad una nueva perspectiva sobre el sistema solar. Restos de la época en que se formaron los planetas, Ceres y Vesta contienen pistas que ayudarán a los científicos a comprender el origen del sistema solar. Dawn orbitó Vesta desde julio de 2011 hasta septiembre de 2012 y arrojó vistas asombrosas de este fascinante mundo. Es la única nave espacial en orbitar un objeto en el cinturón de asteroides y es la primera en orbitar dos destinos extraterrestres. Tal misión sería realmente imposible sin el uso de la propulsión iónica, una tecnología que en su mayoría ha estado en el dominio de la ciencia ficción. El Dr. Marc Rayman dará una presentación fascinante y entretenida sobre la misión Dawn y sus dos destinos exóticos, así como su uso de la propulsión iónica. También compartirá la emoción y la profundidad de controlar un embajador robótico de la Tierra en el espacio profundo. Es la única nave espacial en orbitar un objeto en el cinturón de asteroides y es la primera en orbitar dos destinos extraterrestres. Tal misión sería realmente imposible sin el uso de la propulsión iónica, una tecnología que en su mayoría ha estado en el dominio de la ciencia ficción. El Dr. Marc Rayman dará una presentación fascinante y entretenida sobre la misión Dawn y sus dos destinos exóticos, así como su uso de la propulsión iónica. También compartirá la emoción y la profundidad de controlar un embajador robótico de la Tierra en el espacio profundo. Es la única nave espacial en orbitar un objeto en el cinturón de asteroides y es la primera en orbitar dos destinos extraterrestres. Tal misión sería realmente imposible sin el uso de la propulsión iónica, una tecnología que en su mayoría ha estado en el dominio de la ciencia ficción. El Dr. Marc Rayman dará una presentación fascinante y entretenida sobre la misión Dawn y sus dos destinos exóticos, así como su uso de la propulsión iónica. También compartirá la emoción y la profundidad de controlar un embajador robótico de la Tierra en el espacio profundo. Marc Rayman dará una presentación fascinante y entretenida sobre la misión Dawn y sus dos destinos exóticos, así como su uso de la propulsión iónica. También compartirá la emoción y la profundidad de controlar un embajador robótico de la Tierra en el espacio profundo. Marc Rayman dará una presentación fascinante y entretenida sobre la misión Dawn y sus dos destinos exóticos, así como su uso de la propulsión iónica. También compartirá la emoción y la profundidad de controlar un embajador robótico de la Tierra en el espacio profundo.

Ponente : Dr. Marc Rayman, Director de Misión del Proyecto Dawn

De hecho, Dawn usa sus propulsores de iones para entrar en órbita. De este PDF :

Se utilizaron 210 horas adicionales de empuje IPS para entrar en la primera órbita científica de Vesta, llamada órbita de exploración, el 3 de agosto de 2011 a una altitud de aproximadamente 2735 km.