¿Es posible "mapear" la Red de Transporte Interplanetario?

Hay una herramienta "LTool" de Martin Lo de JPL para calcular transferencias de baja energía a través de trayectorias caóticas cerca de los puntos de Lagrange.

• Martin W. Lo y Roby S. Wilson El paquete LTool http://www.ieec.fcr.es/libpoint/abstracts/lo2.pdf o copiar http://www.ieec.cat/hosted/web-libpoint/abstracts /lo2.pdf
• Martin Lo, memorando de entrega de la versión 1.0G de LTool // JPL TRS 1992+, 29 de septiembre de 2000 http://hdl.handle.net/2014/16203

Como sé, las herramientas no son públicas y se usan internamente en el JPL.

Martin Lo publicó varios mapas en sus artículos, por ejemplo en "The InterPlanetary Superhighway and the Origins Program" (2002) http://www.gg.caltech.edu/~mwl/publications/papers/IPSAndOrigins.pdf - consulte la Figura 11 -12 para mapas de Poincaré. Muestran solo las capacidades principales de ITN (IPS - supercarretera interplanetaria). La búsqueda de rutas exactas es difícil debido a la naturaleza caótica de MTI y múltiples.

Para obtener la trayectoria exacta (Figura 16), Martin Lo usó el "programa de optimización de trayectoria de bajo empuje MYSTIC/SDC de Gregory Whiffen en JPL".

Las regiones de Lagrange 1 y Lagrange 2 son los ejes de las trayectorias que defienden Ross, Lo, Martin y Belbruno. Szebehely desarrolló ecuaciones para encontrar las regiones L1 y L2. Usando sus ecuaciones hice una hoja de cálculo L1 y L2 .

De interés es el parámetro de masa corporal 3, generalmente denotado$\mu$.
$\mu=mass_{orbiting body}/(mass_{orbiting body} + mass_{central body})$

A medida que avanzan los cuerpos centrales y en órbita, el sistema Tierra-Luna tiene una gran$\mu$. Pero Plutón y Caronte son aún más grandes.
Plutón/Caronte 1.043E-01
Tierra/Luna 1.216E-02
Sol/Júpiter 9.545E-04
Sol/Saturno 2.856E-04
Saturno/Titán 2.374E-04
Júpiter/Ganimedes 7.789E-05
Júpiter/Calisto 5.684E-05
Sol /Neptuno 5.153E-05
Júpiter/Io 4.700E-05
Sol/Urano 4.366E-05
Júpiter/Europa 2.526E-05
Saturno/Rea 4.046E-06
Sol/Tierra 3.039E-06
Sol/Venus 2.448E-06
Saturno/ Dione 1.935E-06
Saturno/Tetis 1.091E-06
Sol/Marte 3.229E-07
Saturno/Encelado 1.935E-07
Sol/Mercurio 1.659E-07
Saturno/Mimas 7.037E-08
Marte/Fobos 1.682E-08
Sol/Plutón& Caronte 7.149E-09
Marte/Deimos 2.803E-09
Sol/Ceres 4.741E-10

Grande$\mu$'s crean un conjunto muy interesante de trayectorias que emanan de los cuellos L1 y L2. Algo empujado hacia afuera desde el EML2 volaría a un apogeo de 1,7 millones de kilómetros en un sistema simple de tierra y luna. Y el Sol Tierra L1 y L2 está a solo 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Aquí hay una variedad de trayectorias de EML2 :

Como puede ver, algunos gránulos encuentran su camino hacia los perigeos cercanos a la Tierra y otros son arrojados a órbitas heliocéntricas fuera de la esfera de influencia de la Tierra.

Arriba, un barco se lanza en una determinada fase de la luna, configurada ingresando la longitud baricéntrica del sol. A medida que pasa por la luna, una asistencia lunar aumenta su apogeo. En el apogeo, la influencia de las mareas del sol eleva el perigeo, lo que permite un deslizamiento balístico a EML2. LEO a EML2 se logra con 3,1 km/s.

Esto es algo así como el camino que usó Belbruno para salvar la Misión Hiten . Tenga en cuenta que Hiten ya había logrado un apogeo de 290,000 km. Ya se habían invertido 3,1 km/s cuando intervino Belbruno.

¿Es 3,1 km/s de LEO a una órbita lunar vagamente unida innovadora y revolucionaria? No. La ruta de Farquhar de LEO a EML2 tarda solo 3,4 km/s. Y la ruta de Farquhar es de aproximadamente 8 días, mientras que los viajes hasta el borde de la Esfera de la Colina de la Tierra y de regreso toman meses. Un ahorro de 0,3 km/s es bueno, pero no es un gran cambio en mi opinión.

Cuando se trata del sol y los planetas rocosos del sistema solar interior, el parámetro de masa corporal 3 es minúsculo. Las trayectorias de las regiones Sol Tierra L1 y L2 son mucho menos variadas y dramáticas que las trayectorias de EML1 y EML2.

Arriba están las cargas útiles de las órbitas heliocéntricas que seguirían si fueran empujadas desde el Sol, la Tierra L1 y L2. Estas órbitas tienen un semieje mayor poco diferente al de la Tierra. Eso significa que el período sinódico es bastante grande, unos 20 años para la carga útil empujada desde SEL2. Y cuando la Tierra finalmente lame la carga útil 20 años después, está a unos 43º del perihelio. Al no estar cerca de la Tierra, la gravedad de la Tierra no produce cambios drásticos en la trayectoria de la carga útil.

La carga útil liberada de SEL2 no volvería a un vecindario cercano a la Tierra hasta 160 años después.

Hice una entrada en el blog Hoyos de baches en la superautopista interplanetaria . Shane Ross, uno de los arquitectos de la ITN, dejó un comentario :

Hollister, sí, la autopista definitivamente tiene sus limitaciones. Se inspiró en los cometas, que tienen mucho tiempo, pero, por supuesto, no lo tenemos para planificar misiones espaciales (a menos que adoptemos el enfoque Deep Time).

Sospecho que existen corredores gravitacionales que conectan de forma natural las órbitas con destino a la Tierra con las órbitas con destino a Marte sin usar combustible, pero podrían llevar mucho tiempo lograrlo (estoy pensando en miles de años de tiempo de vuelo entre los dos planetas) . Pero usando algo de propulsión, podemos reducir ese tiempo a varias décadas. Probablemente todavía sea demasiado tiempo para una misión, especialmente una misión tripulada, por lo que, por ahora, probablemente se seguirán utilizando enfoques convencionales.

Sería un estudio interesante intentar trazar un mapa de las conexiones naturales entre la Tierra y Marte. Tendría que involucrar el concepto de múltiples asistencias de gravedad, o asistencias de gravedad consecutivas, como se discutió en

http://www2.esm.vt.edu/~sdross/talks/DS07_2007_Keplerian_Map_Talk.pdf

http://www2.esm.vt.edu/~sdross/papers/multiple_gravity_assists.pdf

Shane Ross, 'evangelista' :)

Belbruno y Toppotu han encontrado un camino usando algo de propulsión. Implica una quemadura de afelio de 2 km/s para deslizarse en un camino balístico hacia la captura de Marte. Pero una quemadura de 0,7 km/s en un periápside cercano a Marte también capturará una carga útil en una órbita de Marte débilmente unida. Así que en realidad es 1,3 km/s más caro que una órbita sencilla de Hohmann.

Estas vías son interesantes cuando se trata de sistemas con una gran$\mu$. Eso incluye la Tierra y la luna, los gigantes gaseosos y sus lunas más grandes, así como el sol y los gigantes gaseosos.

Sin embargo, no sirve de mucho partir de la Tierra hacia otras regiones del sistema solar. Saliendo de la Tierra, es útil llegar a diferentes partes del vecindario de la Tierra y la Luna, incluidos SEL1 y SEL2, pero eso es todo.

Como puede suponer, una vez fui un gran admirador de las posibilidades de ITN. He invertido algo de tiempo y esfuerzo estudiándolo con la esperanza de encontrar el tipo de mapa que está buscando. Prácticamente he descartado esa esperanza.