¿Cuál es la ventana de lanzamiento más rara?

El lanzamiento de New Horizons fue muy crítico. Los científicos de la NASA tuvieron 5 años para desarrollar una sonda espacial a Plutón y asegurarse de que obtuviera asistencia gravitatoria a través de Júpiter, lo que solo es posible si se lanza en el año 2005 a 2006: aunque tuvieron 5 años de tiempo para preparar y lanzar, enfrentó varios problemas para arreglar el cohete Atlas 5, problemas de presupuesto, presión del gobierno y la parte más sorprendente es que, si se perdía esta ventana, le tomaría 11 años alcanzar su objetivo Plutón, para lo cual el combustible puede no ser suficiente, por lo tanto esta fue una carrera contra el tiempo y una ventana de lanzamiento muy interesante. Una posibilidad similar está a 2 o 3 décadas de distancia.

El cometa West con su periodo impredecible pero estimado en 558 000 años es un buen contendiente.

Dado que las ventanas de inicio pueden apuntar a la alineación de N objetos, la respuesta obviamente tiende a infinito.

También debe recordar que las ventanas de inicio son solo "tiempos de inicio óptimos"

Usando transferencias no Hohmann, o largas órbitas de estacionamiento, puede lanzar en cualquier momento (usando más delta v).

Las ventanas de lanzamiento de Hohmann ocurren en cada período sinódico. O una versión más general de una transferencia de Hohmann sería una órbita de transferencia tangente a las órbitas de salida y de destino . Esto también ocurre cada período sinódico más o menos.

Período de llamada de la órbita de salida T1. Período orbital de llamada de la órbita de destino T2.

Período sinódico = |(T1*T2)/(T1-T2)|

Entonces, por ejemplo, un asteroide cercano a la Tierra con un período de 1,1 años tendría un período sinódico Tierra-asteroide de 11 años.

Entonces, cuanto más parecida a la Tierra es una órbita, más raras son las ventanas de lanzamiento. A medida que los objetos se alejan más, las ventanas de lanzamiento se acercan a las anuales. Por ejemplo, el período sinódico Tierra-Neptuno es de 1.006 años.

Shoemaker y Helin's Earth Approaching Asteroids As Targets For Exploration es un artículo citado con frecuencia para el delta Vs que se necesita para alcanzar un asteroide. Sus cálculos delta V exigen un encuentro cuando el asteroide está en el afelio. Lo que elimina la mayoría de las órbitas de transferencia tangentes. Esto puede reducir las ventanas de lanzamiento con siglos de diferencia.

Si está de acuerdo con que la órbita de transferencia haga varios circuitos alrededor del sol antes del encuentro con el asteroide, eso hace que las ventanas de lanzamiento sean más frecuentes. Pero eso haría que los tiempos de viaje fueran del orden de años. Los tiempos de viaje de varios años están bien para enviar máquinas a un asteroide, pero eso hace que enviar humanos sea mucho más difícil.

Encuentro casi óptimo (o al menos razonablemente barato) entre cuerpos en órbitas similares fuertemente excéntricas (argumento similar de periapsis, inclinación, período).

Para una transferencia óptima, una parte de la transferencia debe estar cerca del periapsis de la órbita inferior y la otra cerca del apoapsis de la órbita superior. Esta bien; eso es posible en cada período de la órbita inicial. Excepto que el cuerpo que quieres encontrar en la otra órbita estará en otro lugar completamente diferente cuando estés en el periapsis. Es un problema similar al proporcionado por HopDavid, excepto que no puede iniciar su transferencia siempre que la nave en cualquier punto de la órbita esté alineada con el objetivo, por lo que además de que el cuerpo A tiene el ángulo correcto por delante del cuerpo B, necesita cuerpo A en el periapsis y el cuerpo B siendo el ángulo correcto antes de su apoapsis, aproximadamente al cuadrado de la estimación de tiempo de DavidHop.

Curiosamente, para órbitas incluso de períodos similares pero mucho más diferentes, esto puede ser más fácil, ya que otras maniobras para igualar otros parámetros orbitales (inclinación, argumento del periapsis) requieren mucho trabajo para corregirlos, dejan mucho margen de maniobra para ajustar la coincidencia. el ángulo de fase/orbital en estas maniobras.

Esta pregunta ya tiene seis respuestas, pero me gustaría incluir una respuesta más general:

En los vuelos espaciales del sistema solar, existe una compensación entre el combustible (delta-V) y la duración de la misión. Puede ir a casi cualquier lugar que desee con muy poco delta V, siempre que no le importe cuánto tiempo lleve. Por el contrario, si tiene un presupuesto delta V arbitrariamente grande, puede ir a lugares muy rápidamente.

En un extremo de la escala se encuentra la 'red interplanetaria' , un conjunto de transferencias de baja energía que cambian y evolucionan constantemente. Al usar pequeños empujones de asistencia gravitacional y pasar por los puntos de Lagrange, puede ir a casi cualquier lugar con poco combustible, pero los viajes pueden tardar milenios en completarse.

En el medio de la escala están las transferencias de Hohmann , el tipo de maniobra 'predeterminada' que representa la transferencia de energía más baja en un escenario de dos cuerpos (es decir, cuando no tienes la influencia gravitacional de otros cuerpos para empujar la nave en un momento dado). dirección). Los jugadores del programa espacial Kerbal estarán familiarizados con este tipo de transferencia.

En el otro extremo de la escala está Apuntar el morro de la nave hacia el planeta y pisar el pedal a fondo . Esto solo es factible para el tipo de naves antorcha de propulsión nuclear a las que la humanidad no tendrá acceso en mucho tiempo. Pero con un delta V alto y una aceleración alta, tiene el lujo de tomar trayectorias mucho más rápidas pero mucho menos eficientes hacia su objetivo.

Entonces, ¿qué tiene esto que ver con las ventanas de inicio? Se aplica la misma dicotomía. Cuanto mayor sea su presupuesto de Delta-V, menos dependiente será de ventanas de lanzamiento específicas.

En una nave antorcha con delta-V arbitrario, puede lanzar esencialmente cuando lo desee.

Al usar las transferencias de Hohmann, según la respuesta de HopDavid, tiene ventanas de lanzamiento que dependen de la diferencia relativa entre los períodos orbitales, lo que equivale a poco menos de ~ 1 por año para los objetos planetarios exteriores.

Cuando se lanza con un presupuesto delta-V muy bajo, la combinación de asistencias puede variar desde una ocurrencia rara (como en el gran recorrido de la Voyager 2) hasta una ocurrencia única que nunca volverá a suceder exactamente de la misma manera.

Es genial tener una ventana planificada. Pero también se debe considerar lo importante que es tener un clima despejado en el sitio de lanzamiento al encender el motor. Solíamos lanzar transbordadores y un maravilloso director de lanzamiento llamado Bob Sieck (que tenía educación en meteorología). Es famoso por poder colocar el transbordador en un "agujero" meteorológico del Centro Espacial Kennedy. Siempre tenía que estar atento al clima y planificar cuándo repostábamos para llegar al hoyo en el momento adecuado. ¡Fue increíble! Puedes tener todos los planes que quieras... pero la madre naturaleza y la salud de tu cohete controlan en última instancia si vuelas.