¿Es más fácil aterrizar en Europa/Io que en Marte? ¿Cuáles son las principales consideraciones?

Europa orbita a Júpiter a una velocidad media de 13,7 km/s . Al mismo tiempo, Júpiter orbita alrededor del Sol a una velocidad de 13,1 km/s . Esto significa que Europa tiene una velocidad orbital relativa al Sol de 26,8 km/s cuando está en la sombra detrás de Júpiter una vez cada 85 horas.

La velocidad orbital de la Tierra es de 29,8 km/s, que es solo 3,0 km/s diferente de la velocidad orbital solar máxima de Europa. En comparación con Marte, que tiene una velocidad orbital de 24,0 km/s, que es 5,8 km/s diferente de la de la Tierra.

  • ¿Significa esto que es más fácil aterrizar una nave espacial en Europa que aterrizar en Marte?
  • Io con 17,3 km/s alrededor de Júpiter le da un máximo de 13,1 + 17,3 = 30,4 km/s alrededor del Sol cuando está en la sombra una vez cada 43 horas. Con solo una diferencia de 0,6 km/s, nuestra propia Luna nos orbita a 1,0 km/s. ¿Algún objeto de tamaño considerable tiene una velocidad más similar a la de la Tierra que Io?

Y teniendo en cuenta que Europa no tiene atmósfera y solo alrededor de 1/3 de la gravedad de la superficie de Marte, ¡parece un objetivo fácil de alcanzar! De acuerdo con una tabla en esta página (que se refiere a una calculadora de Erik Max Francis), una transferencia Hohmann de la Tierra a Júpiter toma 2 años y 9 meses. Eso es bastante rápido en comparación con muchas de las misiones actuales que viajan incluso 10 años.

Los problemas de radiación también deberían ser menores para un módulo de aterrizaje que para un orbitador (ya sea de Europa o un orbitador alrededor de Júpiter que hace repetidos sobrevuelos cercanos a Europa) porque la luna cubre la mitad de la fuente radiante. Y más aún en una grieta profunda. Y la electrónica sensible tal vez podría perforarse/fundirse unos pocos metros en el hielo para obtener un blindaje completo.

¿Hay un factor monstruoso en el sistema de Júpiter que hace que sea mucho más difícil aterrizar en Europa (o Io) de lo que he hecho ver aquí? Más difícil que aterrizar en Marte.

Respuestas (1)

Francis' Python BOTEC analiza las órbitas de Hohmann . Para simplificar, asume órbitas coplanares circulares.

Aquí hay una foto que compara un Hohmann de la Tierra a Marte con un Hohmann de la Tierra a Júpiter:

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En el perihelio, la órbita de transferencia de Marte se mueve a 33 km/s frente a los 30 km/s de la Tierra. La salida Vinf es de 3 km/s. En el afelio la transferencia es de 21,5 km/s vs Marte 24 km/s. El Vinf de llegada es de 2,5 km/s

En el perihelio, la órbita de transferencia de Júpiter es de 39 km/s. La salida Vinf es de 9 km/s. En el afelio la transferencia es de 7,5 km/s frente a los 13 km/s de Júpiter. El Vinf de llegada es de 5,5 km/s. No querrías encontrarte con la luna cuando está en el lado opuesto de la luna cuando se mueve más rápido que el sol. Más bien en el lado cercano de Júpiter cuando la luna se mueve más lentamente hacia el sol.

Para partir hacia la inserción de Trans Mars, necesitaría inyectar en una órbita hiperbólica con respecto a la Tierra. La velocidad de una órbita hiperbólica es sqrt (vinf ^ 2 + Vesc ^ 2). Para recordar la velocidad de una órbita hiperbólica, uso este dispositivo:

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En LEO, Vesc es de unos 11 km/s. Vinf es para la inserción de Marte es de 3 km/s. Sqrt(11^2 + 3^2) = 11,4 km/s. La velocidad LEO es de unos 7,8 km/s. Entonces, desde LEO, necesitaría 3,6 km / s para Trans Mars Insertion (TMI).

Desde LEO, la inserción trans de Júpiter (TJI) es de unos 6,3 km/s. El delta V de salida es mucho mayor para un viaje a Júpiter que para un viaje a Marte.

La tabla de Francis muestra delta Vs desde una órbita circular baja alrededor de 1 planeta hasta una órbita circular baja alrededor de otro planeta. Se necesita mucho menos delta V para estacionar en una órbita de captura. Hablo de esto en Inflated Delta Vs.

Podemos hacer que la atmósfera de Marte trabaje para nosotros. Basta con estacionar en una órbita de captura de Marte con periápside que pasa por la atmósfera superior de Marte. En cada periápside, la fricción atmosférica reducirá la velocidad de la órbita, ahorrando así masa de reacción. Se necesitan 0,7 km/s para estacionar en una órbita de captura de Marte.

Salir de una órbita de la Tierra a Júpiter y estacionarse en una órbita de altitud de 599408 km (Europa) requiere 6,5 km/s. Aparcar en la órbita de altitud de Io requiere unos 7,8 km/s. Eso no tiene en cuenta el descenso de los pozos de gravedad de las lunas.

En resumen, se necesita mucho menos delta V para llegar a Marte que las lunas de Júpiter.

"Desde LEO Trans Jupiter Insertion (TJI) es de unos 6,3 km/s". ¿No se ve mucho mitigado una vez por órbita por la velocidad orbital de Europa de 13,7 km/h? Un módulo de aterrizaje no necesitaría entrar en la órbita de Júpiter, sino tan solo la tangente a Europa cuando su diferencia de velocidad sea la más pequeña. ¿No debería ser más fácil alcanzar el Io más rápido? Y la gran excentricidad de Europa debería ofrecer mejores oportunidades de aterrizaje cuando su velocidad es incluso superior a la media. ¿No es el problema de llegar a planetas lejanos que su velocidad orbital relativa es muy diferente a la de la Tierra? La velocidad de sus lunas debería ayudar mucho.
Ayudan mucho. La llegada de Júpiter Vinf es de ~5,5 km/s. A la altura de Europa, la velocidad de escape de Júpiter es de unos 19,5 km/s. Sqrt (5.5 ^ 2 + 19.5 ^ 2) es aproximadamente 20 km / s. PERO la velocidad de Europa es de unos 14 km/s, por lo que puedes restar ese 14 de 20 para obtener un delta V de 6 km/s.
Vas más profundo en el pozo de gravedad de Júpiter y las órbitas son más rápidas. Pero la velocidad de escape también es mayor y eso hace que la velocidad hiperbólica sea mayor. Se necesita más delta V para estacionar en órbitas más bajas que en las más altas.
No compares las velocidades de las órbitas de salida y de destino. Daré un ejemplo: LEO es 7.7, GEO es 3.1. La diferencia entre ellos es 4.6. Pero el delta V de Hohmann para moverse entre las órbitas es de 3,8 km/s. Una órbita a 800 000 km de altitud se mueve 0,7 km/s. La diferencia entre esa órbita y LEO es de 7 km/s. Pero el delta V de Hohmann desde LEO hasta una órbita de 800.000 km de altitud es menor , alrededor de 3,7 km/s.
@LocalFluff Necesitas esos 6,3 km/s para llegar a Júpiter en primer lugar, sin importar lo que pretendas hacer allí. Suponiendo que el aerofrenado sea suficiente para llegar a la superficie de Marte a 6,3 km/seg.
O TL; DR: ¿el aterrizaje no te sirve de mucho a menos que también puedas llegar allí en primer lugar?
¿Es más fácil aterrizar en Europa/Io que en Marte? ¿Cuáles son las principales consideraciones?
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