El plano de la órbita de Juno alrededor de Júpiter no es el plano de la eclíptica. ¿Cómo llegó a este avión?

El plano de la órbita alrededor del Sol no está directamente relacionado con el plano relativo al planeta de la hipérbola en la aproximación a Júpiter, o correspondientemente la órbita alrededor de Júpiter después de la inserción de la órbita. El plano y la forma de la órbita alrededor del Sol en relación con el plano ecuatorial de Júpiter determina su declinación de aproximación a Júpiter. Eso es esencialmente el negativo de la latitud en Júpiter de su punto de entrada a la atmósfera si intentara apuntar su nave espacial para golpear el centro de Júpiter. La magnitud de la declinación de aproximación limita cuán ecuatorial puede ser la órbita, pero no cuán polar puede ser.

Al acercarse a un cuerpo, su objetivo puede estar en cualquier lugar en un plano perpendicular a su trayectoria de aproximación, a un costo esencialmente cero. Ese plano se llama plano B:

Para mayor comodidad, apunte a un punto en el plano B que cruzaría si el planeta no estuviera allí o si no tuviera gravedad. De hecho, cruzas el plano B dentro de ese punto debido a la gravedad del planeta. Puede elegir qué tan lejos del centro del planeta está su punto objetivo y el ángulo de ese punto en cualquier parte del planeta. La distancia desde el centro determina la distancia de aproximación más cercana o el ángulo de la trayectoria de vuelo de entrada a la atmósfera. El ángulo determina el plano de la trayectoria de aproximación relativa a su planeta, que será el plano de su órbita.

Su declinación de aproximación define una línea a través del centro del planeta que entra a una latitud igual a la declinación de aproximación negativa por un lado y sale a una latitud igual a la declinación de aproximación positiva por el otro lado. Esa línea está etiquetada como "S" en el diagrama. Imagina un plano que contiene esa línea, y puedes rotar ese plano alrededor de esa línea. Esos son sus planos de órbita permitidos. Uno de esos planos es el "plano de trayectoria" en el diagrama. Dado que su avión debe pasar por encima de la latitud de la magnitud de la declinación de aproximación, la inclinación de su plano orbital hacia el ecuador del planeta no puede ser menor que eso. Si fuera menor que eso, entonces tu órbita no podría pasar por esa latitud.

La declinación de aproximación de Juno era de unos 8°. Luego, al elegir cómo apuntar al acercamiento más cercano de Júpiter, que puede estar en cualquier lugar en un círculo alrededor de Júpiter, puede elegir cualquier inclinación final de la órbita de 8 ° (progrado) a 90 ° (polar) a 172 ° (retrógrado).

Después de la inserción en órbita, puede realizar maniobras o giros de satélites para cambiar el plano de la órbita, por ejemplo, si desea ser más ecuatorial de lo que permite la geometría de aproximación. Cassini es el campeón de esto, ya que cambió drásticamente su plano de órbita muchas veces en el transcurso de su misión en Saturno, utilizando asistencias de gravedad de Titán.

Básicamente, Juno se acercó a Júpiter desde un poco más abajo. Esto le permitió reducir la velocidad a una órbita que lo lleva alrededor de los polos del planeta. En el transcurso de su viaje a Júpiter, estuvo en un ángulo muy pequeño, en relación con el plano de la órbita de Júpiter. Este ángulo fue determinado por los ingenieros de vuelo en su lanzamiento y refinado por dos maniobras en el espacio profundo y un sobrevuelo de asistencia gravitacional de la Tierra. Este ligero ángulo fue suficiente para poner la nave debajo de Júpiter, porque su viaje fue muy largo. Se puede encontrar más información sobre la trayectoria de Juno en el artículo de Spaceflight101 , que incluye una animación de la trayectoria de Juno .

Como se señaló en los comentarios, al seleccionar el tiempo de lanzamiento y la trayectoria inicial, se podría lograr cualquier inclinación relativa entre Júpiter y la nave espacial.

Dicho esto, si bien los cambios de plano medidos en grados son realmente costosos, para una órbita que se extiende a 5 AU, un grado de inclinación relativa corresponde a una desviación de unos 12 millones de km.

Si, después del sobrevuelo de la Tierra, el control de la misión se hubiera dado cuenta de que Juno estaba en curso de colisión directa con Júpiter, podrían haber hecho una corrección de 1 metro por segundo "hacia el norte"; Juno pasaría entonces sobre el Polo Norte de Júpiter a una distancia de unos 60.000 km. En el marco de referencia solar sigue siendo una órbita de baja inclinación; en la referencia de Júpiter es polar.

Estimo que el tiempo de lanzamiento y las coordenadas deben haber sido diseñados de manera óptima para que la asistencia de gravedad ya colocaría a Juno en un plano inclinado mucho más de lo que se necesitaba en última instancia, pero ajustado a lo largo de la trayectoria larga por la atracción de Júpiter en el punto de entrada correcto.

La NASA tendría dos herramientas para orientar la toma: la órbita terrestre y su rotación axial.

Supongo que diseñaron la trayectoria a propósito, no en el plano del sistema solar, sino en un plano inclinado que sube y baja en el apogeo de su órbita según sea necesario en la gran montaña rusa. Felicitaciones a Isaac Newton.
cita de la página de Wikipedia sobre la sonda Ulises

para cambiar la inclinación orbital de una nave espacial se necesita un gran cambio en la velocidad heliocéntrica. Sin embargo, la cantidad necesaria de cambio de velocidad para lograr una órbita de alta inclinación de aproximadamente 80° superó con creces las capacidades de cualquier vehículo de lanzamiento.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ulysses_%28spacecraft%29 .