Como un pequeño proyecto en un curso de diseño de naves espaciales, tengo que planificar una misión a la luna Titán de Saturno. La trayectoria recomendada es la transferencia de Hohmann, ya que es fácil calcular el delta-V y las ventanas de lanzamiento. Mi problema es que después de un cálculo rápido, mi delta-v es más de 20 km/s solo para obtener una órbita de transferencia alrededor de Saturno. ¿Es posible suponer que el delta V de partida está dado completamente por el lanzador que lo reducirá en unos 10 km/s?
Me inspiré en la documentación de la misión Cassini, y optaron por no utilizar una transferencia Hohmann. Esta decisión fue motivada por el hecho de que el lanzador más poderoso en ese momento no podía dar suficiente delta V. Le faltaban unos 2 km/s. ¿Es realista planificar esta misión con la transferencia Hohmann considerando un lanzador más nuevo y una nave espacial más liviana (Cassini con un peso de 2523 kg) o es necesario usar asistencia de gravedad?
Estoy bastante seguro de que en el futuro previsible, cualquier misión a Saturno, o en cualquier lugar más allá de Júpiter, implicará un sobrevuelo de Júpiter, porque proporciona una asistencia de gravedad tremenda.
La mejor manera de descubrir una buena asistencia de gravedad es jugar con el navegador de trayectoria de la NASA . Desafortunadamente, no permite encontrar soluciones óptimas para las lunas, pero puede encontrar una para Saturno. A partir de ahí, debe agregar el delta v requerido para realizar una misión en órbita, dado que se encuentra en C3.
Realmente no tiene sentido decir que "el delta V de partida lo da completamente el lanzador que lo reducirá en unos 10 km/s". El hecho de que se esté utilizando una etapa diferente para realizar la maniobra no significa que reduzca el delta-V. Lo más probable es que se lance a una órbita de estacionamiento en LEO antes de insertarse en una órbita trans-Saturno. Una vez que esté en esa órbita de estacionamiento, no importa considerar que el delta-V provenga de una etapa superior del vehículo de lanzamiento o que provenga de la propia nave espacial; simplemente está distribuyendo la masa de manera diferente.
Por supuesto, en general, le gustaría usar el vehículo de lanzamiento para realizar la mayor parte de la maniobra posible para que pueda deshacerse de la masa vacía para hacer que las maniobras futuras sean más eficientes.
La pregunta de qué tan realista es una transferencia de Hohmann para este escenario realmente depende de usted. Como se menciona en los comentarios, cualquier misión a los planetas exteriores requerirá asistencia gravitatoria basada en las capacidades actuales de las naves espaciales humanas. Las nuevas mejoras en motores de cohetes y propulsores pueden hacer posible utilizar un enfoque más simple en el futuro, pero la alternativa más significativa es el uso de propulsores de iones (o quizás velas solares) para lograr la transferencia interplanetaria con un empuje bajo y continuo. Aunque usar ese enfoque cambia por completo la forma en que miras la trayectoria, ya que no podemos asumir cambios de velocidad instantáneos.
Dado que esto es para un proyecto de curso, sugeriría esta estrategia: use una transferencia Hohmann de todos modos, pero reconozca las limitaciones en delta-V y tal vez incluso muestre estudios de sensibilidad sobre cómo cambia la masa máxima de la nave espacial en función de diferentes lanzadores (o tal vez simplemente varíe el Isp para su propulsor), así como también cómo cambia el delta-V (y/o Isp) requerido en función de la masa de una nave espacial determinada. De lo contrario, es imposible planificar una misión completamente realista a Titán sin la ayuda de la gravedad o una nave espacial significativamente más pequeña.
tildalola
tonio