¿Cuánto más tardaría New Horizons en llegar a Plutón sin la honda de Júpiter?

Se dijo aquí que el tiempo para llegar a Plutón se acortó en 3 años. También se dice que después del sobrevuelo de Júpiter, la sonda ganó ~ 4 km/s acelerando a la velocidad de 23 km/s en relación con el Sol. Podemos usar una estimación kepleriana simple (ignorando todas las complejidades de la mecánica orbital real) para obtener la velocidad cuando la sonda se acerca a Plutón,

$$\begin{equation} \frac{v_1^2}{2}-\frac{\mu}{R_1}=\frac{v_2^2}{2}-\frac{\mu}{R_2} \end{equation}$$ Eso da ~8 km/s sin sobrevuelo y ~15 km/s con sobrevuelo. Esta simple estimación no le dice cuál sería la velocidad relativa a Plutón sin el sobrevuelo de Júpiter, pero considerando su velocidad orbital actual de ~ 5,5 km / s y la velocidad de escape ~ 1,2 km / s, se puede asumir con seguridad que incluso en el mejor En el escenario del caso, todavía sería ~ 4 km / s en lugar de ~ 13.8 km / s, por lo que hablamos de un sobrevuelo de Plutón 3 veces más largo en el mejor de los casos.

Para orbitar Plutón sin el sobrevuelo de Júpiter, la sonda aún tendría que realizar una maniobra de inserción perdiendo incluso, en el mejor de los casos, ~3 km/s, mientras que solo tenía un presupuesto delta-v de 290 m/s. Por supuesto, la sonda podría lanzarse de tal manera que se acercaría a Plutón a una velocidad relativa muy baja, pero entonces su período orbital sería aproximadamente la mitad del período orbital de Plutón, por lo que hablamos de un viaje de ~50 años a Plutón. El orbitador debería haber sido especialmente diseñado para esa misión, mucho más pesado debido al refuerzo requerido para la inserción y, por lo tanto, requeriría un cohete de lanzamiento diferente.

Otro punto es que la órbita de Plutón tiene una inclinación bastante significativa. Gran parte del delta-v en el lanzamiento se gastaría para poner la sonda en una órbita lo suficientemente inclinada, lo que daría como resultado una velocidad mucho más baja que la que da esa estimación ingenua. El sobrevuelo de Júpiter inclinó su órbita de forma gratuita.

La mayor velocidad también significa que New Horizons podrá alcanzar otros objetos del cinturón de Kuiper en un tiempo mucho más corto. Por ejemplo, se espera que pase solo 3500 km desde (486958) 2014 MU$_{69}$ya en 2019.

Y, por supuesto, Júpiter es interesante por sí mismo. Su sobrevuelo permitió obtener algunos datos científicos extra.

Dependiendo del momento del lanzamiento, había 4 planes principales diferentes para el perfil de la misión NH. Los primeros 3 involucraron sobrevuelos de Júpiter y tendrían una fecha de llegada de 2015, 2016 o 2017. El último fue un sobrevuelo directo, que creo que habría sido 2019-2020, según este artículo (.

En cuanto al valor científico, ir más lento a través del sistema habría permitido algunas fotografías más, con más riesgo para la nave espacial y perdiendo el sobrevuelo de Júpiter. Pero lo más importante es algo que en realidad demostró no ser una preocupación, pero solo después del lanzamiento de la misión. La idea cuando NH se lanzó fue que la atmósfera de Plutón se congelaría . Plutón está realmente cerca de su acercamiento más cercano al Sol, que fue en 1999, y cuando se lanzó se pensó que la atmósfera se congelaría a medida que se alejara del sol. La línea de tiempo anterior tenía más posibilidades de ver esa atmósfera, junto con un paisaje más claro (no cubierto de nitrógeno congelado). El modelado posterior determinó que esto no era probable, pero solo en 2014.

La conclusión es que la ruta de aproximación de sobrevuelo de Júpiter fue la mejor ruta. El beneficio de un acercamiento más lento habría sido insignificante, y la recompensa científica fue mucho mayor para hacer el sobrevuelo de Júpiter.