¿Hay alguna razón práctica específica por la que no podamos hacer que una sonda pase por Saturno, Urano, Júpiter varias veces, una y otra vez, antes de ser arrojados al espacio interestelar a una velocidad increíble, superando a la Voyager y alcanzando los sistemas solares vecinos en un plazo razonable? ?
Por lo que entiendo, mientras que las sondas usan su combustible para acelerar durante los bucles gravitacionales, eso no es esencial: solo podrían usar una cantidad mínima para ajustar la ruta, entrar y salir de la honda en un ángulo óptimo, y repetirlo casi indefinidamente, con una ganancia de velocidad significativa cada vez.
¿Hay alguna razón específica por la que no tengamos alguna sonda acelerando a velocidades que dejarían muy atrás a las Voyagers actualmente? ¿Cuáles son las limitaciones prácticas de usar este método repetidamente para llevar las sondas a velocidades extremas?
La explicación más fácil sería que eventualmente ganaría suficiente impulso para alcanzar la velocidad de escape, momento en el que tendría que desacelerar para volver a la órbita desde lo que sería una trayectoria hiperbólica que describiera su delta-v máxima obtenida de una maniobra de Oberth . (sobrevuelo motorizado). Con un sobrevuelo sin motor, su ganancia máxima teórica delta-v de una honda sería la propia velocidad orbital del cuerpo, simplemente no hay nada más que ganar en términos de acelerar la nave espacial.
Entonces no importa si puedes lograr eso durante tu primer sobrevuelo, o si pasas por encima de otro cuerpo para luego regresar al mismo muchas veces. Solo podría aumentar la eficiencia de un sobrevuelo sin motor hasta el 100% del impulso que el cuerpo de asistencia por gravedad puede prestar a su nave espacial, que es su velocidad inicial, más la velocidad orbital del cuerpo. Y con las maniobras de Oberth, estarías consumiendo tus propulsores con cada sobrevuelo.
En realidad, existen tales órbitas intercambiables entre dos cuerpos celestes, por ejemplo, Aldrin Cyclers (aquí hay un video de YouTube de uno de esos ejemplos ). Y la razón por la que funcionan es por la conservación del momento angular , que es otra forma de explicar por qué múltiples sobrevuelos que describe no funcionarían. Bueno, funcionarían, pero no en la forma de obtener un impulso adicional de la nada.
La trayectoria óptima para salir del Sistema Solar se conoce como la trayectoria de Krafft von Ehricke .
La velocidad superior práctica que se puede obtener mediante la asistencia gravitatoria está limitada por el número de veces que una nave espacial puede alcanzar otro cuerpo gravitacional para aumentar su velocidad, así como por la fuerza del pozo de gravedad del cuerpo. Si la nave espacial se mueve lentamente, puede alternar entre dos planetas, aumentando su velocidad durante cada paso (y disminuyendo muy ligeramente el momento orbital de los planetas que pasa). A medida que se mueve cada vez más rápido, necesitará hacer pases más cerca de los planetas para permitir un regreso al otro planeta. Eventualmente, pasar más cerca de los planetas lleva a pasar a través de una atmósfera (ralentizando la nave), rozando el planeta (destruyendo la nave) o saliendo volando de ambos planetas (el último paso provoca una desviación menor de la trayectoria y no una media órbita). volver al otro planeta).
Los límites de las asistencias gravitatorias también se discuten en https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_assist#Limits_to_slingshot_use , donde se menciona el "Grand Tour" realizado por la Voyager, donde se alinearon los planetas Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. de tal forma que permitió a la Voyager aumentar su velocidad durante el sobrevuelo de cada masa planetaria. Si el sistema solar tuviera otra docena de planetas por los que la Voyager podría haber pasado cerca durante su viaje, podría haberlos usado todos para terminar yendo aún más rápido.
Si tuviera dos agujeros negros orbitando entre sí, debido a su extrema gravedad, en teoría, podría alternar entre los dos para obtener asistencia gravitacional hasta acercarse a la velocidad de la luz.
Otro límite de la vida real para un número ilimitado de asistencias gravitatorias es que para hacer que se produzca un pase a lo largo del camino preciso requerido para alcanzar el siguiente pozo de gravedad, se gastará algo de masa de reacción para corregir el rumbo. La trampa 22 aquí es que si tuviera un empuje ilimitado a bordo, no necesitaría asistencias gravitacionales, pero si tiene un empuje limitado, después de que se agote, no puede corregir el rumbo para hacer la siguiente asistencia gravitacional.
arón