¿Por qué (diablos) Tianwan-1 se insertó en una órbita de baja inclinación y luego ejecutó un cambio de plano de 11,8 a 86,9 grados?

El Tianwen-1 de eoPortal (la primera misión de exploración de Marte de China) muestra el siguiente gráfico, leyenda y enlace.

A menudo se discute que los cambios de plano orbital son como ciertos vinos de mesa en el sentido de que son para acostarse y evitar . Generalmente son costosos en delta-v. La imagen muestra que la maniobra probablemente se realiza en el apoapsis de una órbita de 400 x 180 000 km, por lo que el costo se ha minimizado. A esa distancia, la velocidad orbital alrededor de Marte es de solo 485 m/s 97 m/s , por lo que se necesitarían al menos varios cientos de decenas de m/s de delta-v para un cambio de plano tan grande.

Pregunta: ¿Por qué no entrar directamente en una órbita de alta inclinación? Desde la Tierra, ¿no significaría simplemente apuntar unos miles de kilómetros más alto a una distancia de cientos de millones de kilómetros? Este cambio de avión me parece innecesario y un poco costoso a primera vista (un poco de delta-v y un extra de quemado y maniobra).

Actividad orbital Tianwen-1 en Marte

Figura 10: Trayectoria orbital planificada en Marte. Un esquema de las diferentes órbitas que la sonda china Tianwen-1 utilizará alrededor de Marte, con información sobre los parámetros orbitales de cada una de ellas 13

13 https://en.wikipedia.org/wiki/File:Orbital_trayectory_of_Tianwen-1_around_Mars.png

La velocidad de apoápsis es de solo 97 m/s (485 m/s serían para una órbita circular a 140 000 km), por lo que el costo del cambio de plano es de solo alrededor de 118 m/s. Eso no responde a su pregunta de por qué no van directamente a polar, por supuesto.
@RussellBorogove Vaya, sí. Debidamente anotado y ahora buscando más café... (como de costumbre)
¡Interesante! No imaginé que las maniobras de cambio de avión pudieran ser tan baratas en delta-v, pero tiene sentido a esas altitudes. ¿Algún número sobre el costo delta-v a 400 km? Tendría que ser super caro entonces, ¿no?
(Significaba 180 000 km, no 140 000, también claramente privado de café). A 400 km de periápside, la velocidad orbital es de ~ 4700 m/s, por lo que el costo del cambio de avión aumentaría proporcionalmente (¿creo?) a aproximadamente 5700 m/s. no es una estrategia recomendada. En general, para cambios de plano grandes, normalmente desea elevar el apoapsis, hacer el cambio y luego llegar a su periapsis/apoapsis final, y para cambios de plano superiores a 60º en particular, desea aumentar el apoapsis lo más alto posible.
Para volverse casi polar, debe apuntar por encima o por debajo de Marte (dependiendo de la forma en que desee orbitar). Si su maniobra de inserción falla mientras está en el avión, es posible que pueda salvar una misión porque se encuentra en una órbita heliocéntrica en el plano de Marte. si vas arriba/abajo, y la inserción falla, obtienes una asistencia de gravedad que te empuja completamente fuera del plano del sistema solar, haciendo que cualquier tipo de misión salvada sea casi imposible. No sé si eso fue una consideración, pero para mí, capturar un plano cercano parece mucho más seguro que capturar directamente en una órbita muy inclinada.
@Polygnome Interesante, pero no estoy seguro de que sea realmente y demostrablemente más fácil regresar a Marte de una forma u otra. ¿Puede pensar en algo específico que se pueda hacer más fácilmente si no ve a Marte en el plano o fuera?
@uhoh Podría organizar sobrevuelos posteriores para al menos recopilar algo de ciencia orbital, tal vez incluso volver a intentar insertar en lugar de estar fuera del avión sin ningún lugar adonde ir. Creo recordar que al menos una misión podría salvarse estableciendo una órbita resonante después de que fallara la inserción, pero tendré que buscar eso.
@Polygnome todavía no lo veo; Creo que es probable que uno pueda hacer un sobrevuelo de un planeta dado en cualquier avión. La nave espacial tiene solo una pequeña cantidad de delta-v que puede apuntar en cualquier dirección, por lo que está más o menos en una elipse heliocéntrica fija sin importar el plano. Hay pocas posibilidades de que pase lo suficientemente cerca de otro planeta para hacer algo, pero todavía no veo por qué hay mucho más espacio de fase para que esto suceda si están dentro o fuera. No digo que no esté equivocado, solo que todavía no veo por qué.
Especulación: ¿quizás también querían algunas observaciones de las lunas de Marte?
@RussellBorogove Los muchachos de KSP lo resolvieron, en realidad es algo por debajo de los 60 grados donde elevar el apoapsis hasta casi el infinito se convierte en el enfoque más eficiente.

Respuestas (1)

Una inserción directa en una órbita polar le brinda solo una opción para un plano orbital: uno que inicialmente apunta directamente al Sol. Esto es subóptimo para una misión de observación, ya que estás más o menos directamente sobre la línea de amanecer/atardecer y solo puedes ver un terreno profundamente sombreado. Pasarán varios meses antes de que el planeta se mueva lo suficiente en su órbita para brindarle una buena iluminación.

Si, en cambio, captura en una órbita altamente elíptica, tiene una selección mucho mayor de planos orbitales para elegir y, en general, también son más útiles. Por ejemplo, una quemadura de captura sobre la medianoche planetaria (la elección natural para algo que proviene de una órbita de transferencia de Hohmann) le permite ingresar a una órbita polar durante el mediodía, lo que le brinda una vista del suelo casi sin sombras.

Realmente no entiendo esto, ¿puede incluir un diagrama o algunas explicaciones mejores o, mejor aún, fuentes para estas afirmaciones? ¡Gracias!
No estoy de acuerdo, muchas misiones a Marte han utilizado una órbita "más o menos directamente sobre la línea de salida / puesta del sol" para permanecer sincronizados con el sol y siempre a la vista directa del Sol, un ejemplo dado en esta respuesta . Los instrumentos científicos están diseñados específicamente con una cierta geometría orbital en mente y dudo mucho (no puedo probarlo) que construyan la nave espacial, y mucho menos que la lancen, sin determinar exactamente cuál sería la órbita final (re: opciones de orbital aviones).
@BrendanLuke15, a dos y medio de los tres instrumentos principales de Mars Odyssey no les importa la iluminación.
¿Por qué (diablos) Tianwan-1 se insertó en una órbita de baja inclinación y luego ejecutó un cambio de plano de 11,8 a 86,9 grados?
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