¿Cómo se alimenta la sonda espacial para viajar una gran distancia en una misión en el espacio profundo?

La propulsión química solo se usa con extrema moderación. Dado que no hay resistencia del aire en el espacio (o solo una resistencia insignificante debido a los gases traza y los vientos solares), la sonda continúa moviéndose.

Sin ninguna influencia gravitatoria, la sonda continuaría en línea recta, para siempre. Esto es lo que nos dicen las tres primeras leyes de Newton, especialmente la primera.

Sin embargo, la gravedad actúa sobre la sonda, al igual que los vientos solares, etcétera. Esto hace que las correcciones de rumbo sean necesarias (además, la grabación inicial no es perfectamente precisa). Sin embargo, la corrección de rumbo son magnitudes más pequeñas que la quema inicial para poner la sonda en rumbo.

Necesita alrededor de 9400 m/s de delta-v para llegar a LEO. Y según algunas matemáticas de servilleta, unos 6600 m/s para llegar a Júpiter. Para más lejos, necesitas aún más. Casi todo este delta-v lo proporciona el cohete con el que se lanza la nave espacial. De hecho, el nuevo Horizons se lanzó a 16,26 km/s, convirtiéndose en el objeto más rápido jamás lanzado desde la Tierra.

A modo de comparación: el propio New Horizons tiene un presupuesto delta-v de 290 m/s (o 0,29 km/s) de delta-v disponible en sí mismo, ya que solo transporta ~77 kg de combustible. Eso es menos del 2% del presupuesto delta-v. El otro 98% proviene del lanzador.

Se puede ganar más velocidad con la ayuda de la gravedad. Estas maniobras requieren muy poco delta-v, pero necesitan mucha planificación y requieren que los planetas estén en la posición correcta: deben estar alineados. Por lo tanto, utilizar la asistencia de la gravedad requiere paciencia. Esta es la razón por la cual las misiones de la Voyager se apresuraron con tanta rapidez. La alineación que les ofreció la oportunidad de visitar todos los planetas exteriores excepto Plutón a la vez. Esta alineación solo ocurre cada 175 años.

Todo esto es para decir que las sondas espaciales no usan combustible continuamente, sino solo cantidades muy pequeñas de combustible, muy intermitentemente. Prácticamente toda la velocidad se gana en el lanzamiento y gracias a la asistencia de la gravedad, el combustible a bordo es solo para las correcciones de rumbo y el control de actitud.

La propulsión iónica , por otro lado, cambia mucho esto. De hecho, los motores de iones pueden proporcionar grandes cantidades de empuje y hacerlo durante largos períodos de tiempo: semanas y meses, a menudo incluso en años (en comparación con los minutos de la propulsión química). La nave espacial Dawn cambió su velocidad en 11,49 km/s en un lapso de 5,9 años.

Sin embargo, debido al increíble bajo empuje, la propulsión iónica no es adecuada para todo tipo de misión. También necesita mucha energía eléctrica para funcionar. Si bien se demostró que funcionaba en 1964 y se usó desde los años 70 para mantener la estación en órbita terrestre, solo se usó para misiones en el espacio profundo a principios del milenio, siendo Deep Space 1 en 1998 la primera nave espacial en usarlo.

Referencias

• Nuevos Horizontes . Astronautix.
• Colaboradores de Wikipedia. Amanecer (nave espacial) . En Wikipedia, la enciclopedia libre .
• Colaboradores de Wikipedia. Propulsor de iones . En Wikipedia, la enciclopedia libre

Otras respuestas ya han mencionado los tipos de empuje que una sonda espacial puede usar para aumentar/disminuir la velocidad o para ajustar el rumbo. Mencionaré otra fuente de velocidad que permite que las sondas espaciales viajen a enormes velocidades de decenas de miles de millas por hora: esa es la tierra misma . La tierra viaja alrededor del sol a alrededor de 67,000 mph. Cualquier cosa en la tierra, o que entre en órbita alrededor de la tierra, o que se dirija al espacio desde la tierra, obtiene una "ventaja inicial" simplemente por haber comenzado desde una ubicación que ya tiene una alta velocidad orbital. La sonda espacial New Horizons normalmente se desacelera a medida que se aleja del sol, al igual que una pelota lanzada al aire se desacelera a medida que se eleva. La sonda espacial no tuvo que acelerar hasta su velocidad actual de 33,000 mph,mayor velocidad en relación con el sol y ha ido disminuyendo desde entonces.

Notará un pico en el gráfico de velocidad a continuación en el sobrevuelo de Júpiter, que es un medio para usar el impulso orbital de un cuerpo grande para aumentar la velocidad. Debido a que la Tierra y Júpiter tienen una gran cantidad de inercia en comparación con una sonda espacial, es muy deseable extraer parte de esa energía para obtener una velocidad de impulso "gratis" (aunque ralentiza el planeta en una cantidad insignificante) .

Como la mayoría de las sondas (todas excepto las que tienen motores eléctricos), New Horizons se lanza en una trayectoria que permite que la sonda llegue a su objetivo casi sin empuje. Sin embargo, se necesitan correcciones más pequeñas de la trayectoria. Esto no es para "re-empujar" la sonda, sino para asegurar el camino correcto de la sonda y su actitud .

(Citas importantes de la página de Wikipedia vinculada :

Combinadas, estas quemaduras enviaron con éxito a la sonda en una trayectoria de escape solar.

...los controladores guiaron la sonda a través de su primera maniobra de corrección de trayectoria [...] los controladores realizaron [...] la última de las tres correcciones de rumbo programadas [...] No se necesitaron más maniobras de trayectoria hasta [...] seguido de otro TCM...

Los propulsores más grandes se utilizan principalmente para las correcciones de trayectoria, y los pequeños [...] se utilizan principalmente para el control de actitud y las maniobras de giro hacia arriba y hacia abajo.

)