¿Es posible una trayectoria solar de libre retorno?

¿Es posible impulsar satélites artificiales en una trayectoria de retorno libre alrededor del Sol?

No. Acercar un satélite al Sol requiere mucha energía.

Parker Solar Probe usó el cohete más grande disponible para obtener un lanzamiento de muy alta velocidad, y luego :

Parker Solar Probe utilizará siete sobrevuelos de Venus durante casi siete años para reducir gradualmente su órbita alrededor del sol, acercándose hasta 3,83 millones de millas (y 6,16 millones de kilómetros) al sol, muy dentro de la órbita de Mercurio y unas siete veces más cerca que cualquier nave espacial ha venido antes.

Entonces, un lanzamiento de alta velocidad más un montón de ayudas de gravedad para llegar a una órbita altamente elíptica con un afelio cerca de Venus:

Fuente

En segundo lugar, una 'trayectoria de retorno libre' no se aplica realmente al Sol. El Apolo 13 entró en una trayectoria de retorno libre, utilizando la Luna para doblar su trayectoria hacia la Tierra y capturar el pozo de gravedad de la Tierra.

La sonda Parker Solar se encuentra en una órbita elíptica alrededor del Sol.

tl; dr: A la pregunta estrecha:

¿Es posible una trayectoria solar de libre retorno?

Sí, es posible una trayectoria que comienza cerca de la Tierra, gira alrededor del Sol y regresa a un lugar cercano a la Tierra.

No soy un experto, pero déjame tratar de aclarar algunos puntos:

1. Tradicionalmente, se ha previsto una trayectoria de retorno libre comenzando desde el cuerpo grande casi fijo (p. ej., la Tierra), pasando por un cuerpo pequeño que orbita a su alrededor (p. ej., la Luna), y luego regresando al cuerpo grande.
2. Como señala @Hobbes, necesita un gran impulso para pasar de la órbita baja alrededor del cuerpo grande a la órbita de retorno libre.
3. Una órbita de retorno libre no es necesariamente lo mismo que una órbita cicladora ; si no pusiste los frenos después del primer ciclo completo y volviste a salir una segunda vez, el cuerpo pequeño no estaría allí la próxima vez en la mayoría de los casos prácticos, y entonces estarías en un aprieto.

Estoy acuñando una nueva frase: "circuito de Dyson".

Entonces, creo que está buscando soluciones periódicas , y ciertamente hay órbitas cuasi periódicas de 3 cuerpos que pueden pasar alternativamente cerca del Sol y cerca de la Tierra. En realidad, las perturbaciones no permitirían que fueran casi periódicas durante mucho tiempo, pero al menos podrían mantenerse en posición.

De esta respuesta a la pregunta ¿Qué tipo de elementos orbitales se utilizan para describir las órbitas de halo? :

El artículo extremadamente fresco y colorido EJ Doedel et al, (2007) Órbitas periódicas elementales asociadas con los puntos de libración en el problema circular restringido de 3 cuerpos International Journal of Bifurcation and Chaos 17, 2625 (2007). https://doi.org/10.1142/S0218127407018671 construye un sistema de ilustraciones que muestran todas las órbitas periódicas conocidas en el CR3BP (problema circular restringido de tres cuerpos). Esto incluye muchos tipos o clases de órbitas, pero excluye las órbitas de Lissajous porque, en general, no son periódicas. (nota: ¡ignora el dibujo en el artículo de Wikipedia!)

Puede y probablemente también deba descargar el documento de su sitio ResearchGate sin muro de pago , preparar un café y luego pasar seis meses disfrutándolo.

Aquí hay algunas órbitas de 3 cuerpos que podrían hacer el trabajo que está buscando. Como se mencionó, en el mundo real tendría que incluir algún mantenimiento de la estación para mantener la órbita a lo largo del tiempo. Las imágenes están en un marco giratorio.

Estas imágenes están dibujadas usando el sistema Tierra-Luna, pero también puedes imaginar el sistema Sol-Tierra donde la Luna en la imagen es la Tierra, y la Tierra en la imagen es el Sol.

Estos están dibujados esquemáticamente, cuando cambias a la relación de masa mucho mayor del sistema Sol-Tierra, las formas cambiarán.

¡No es una coincidencia que estos dos se parezcan a las dos órbitas de retorno libre coplanares cis-lunares en el último gráfico a continuación!

¡Volvamos a 1963!

A continuación se muestran cuatro trayectorias de retorno libre que parten de la órbita terrestre y pasan por la Luna. Estos se dibujan en un marco de referencia giratorio para que tanto la Tierra como la Luna estén fijadas al eje x de estos gráficos. Estos son de la nota técnica de la NASA D-1833; Trayectorias en el espacio Tierra-Luna con propiedades simétricas de retorno libre escrito en 1963 por Arthur J. Schwaniger en el Centro de vuelos espaciales George C. Marshall.

En el documento, se define un retorno libre:

Para la exploración tripulada, es muy probable que los primeros vuelos sean viajes de "sobrevuelo" sin un plan para aterrizar en la luna. De hecho, cuando la misión tripulada es aterrizar en la superficie lunar, se puede utilizar una trayectoria de "retorno libre" de modo que si surgen dificultades imprevistas que harían el aterrizaje indeseable o imposible (en particular, una falla del sistema de propulsión para frenar la velocidad del vehículo para como para hacer posible el aterrizaje) los astronautas regresarán sanos y salvos a la tierra.

Son todas trayectorias de retorno libre con inicio y final cerca de la Tierra, y salvo casos especiales funcionan una sola vez. Necesita una gran maniobra de propulsión para entrar en uno desde LEO al principio, y necesita una segunda gran maniobra de propulsión para volver a LEO (o reingresar a la atmósfera) cuando regrese a la Tierra.

Se llaman simétricos porque la segunda mitad es casi una imagen especular de la primera mitad.

Hay ciertas combinaciones de altitudes y velocidades de inyección que pueden producir un comportamiento periódico o similar al de un ciclo, pero en general no se acercarán mucho a la Luna.

En un marco no giratorio, creo que el