¿Por qué la velocidad de la Voyager 2 cayó muy por debajo de la velocidad de escape antes de la primera asistencia de gravedad?

Tiene razón en que la Voyager no cambió de velocidad de escape superior a velocidad de escape inferior poco después del lanzamiento. La trama es engañosa porque simplemente no es muy precisa allí mismo en 1 AU. Las líneas de la trama son un poco gruesas y un poco apagadas.

Ahora que lo miro más de cerca, la línea de velocidad de escape en ese gráfico también está mal en otros lugares.

Aquí hay una trama mejor:

La imagen ( original en Wikimedia Commons ) es solo una aproximación, como lo demuestra el notable cambio en la forma de la línea de velocidad de escape del sistema solar en 14AU. La línea solo se define con tres puntos, y supongo que el creador del gráfico intentó dar forma a la curva manualmente.

Según Wikipedia , la velocidad de escape del sistema solar en la órbita terrestre (1 UA) es de 42,1 km/s, considerablemente más que los ~35,5 km/s de este gráfico. El autor del gráfico señala que se basa en esta imagen , que a pesar de ser de la NASA, parece compartir las mismas imprecisiones.

Según otra página de Wikipedia :

Hasta la fecha, los únicos objetos que se lanzaron directamente en una trayectoria de escape solar fueron la nave espacial New Horizons, su tercera etapa y sus dos pequeñas masas de giro.

A primera vista, tanto la velocidad orbital como la velocidad de escape son proporcionales a$\sqrt {\frac1{distance to the sun}}$, por lo que esperaba que las curvas fueran paralelas, con una compensación para la velocidad de lanzamiento de la sonda, más compensaciones adicionales para cada asistencia de gravedad. La respuesta de Mark muestra que es más complicado que esto.

Velocidad de escape

Para un cuerpo masivo con simetría esférica , como una estrella o un planeta (que no gira), la velocidad de escape a una distancia determinada se calcula mediante la fórmula:

donde G es la constante gravitacional universal ($G = 6.67×10^{−11} m^3 kg^{−1} s^{−2}$), M la masa del cuerpo y r la distancia desde el punto en el espacio hasta su centro de masa.

Al conectar esto a Excel, obtengo este gráfico para la velocidad de escape frente a la distancia:

Todavía estoy trabajando en datos de velocidad orbital, para continuar.

la velocidad de la Voyager cayó por debajo de la velocidad de escape porque su ruta de escape era complicada. Era una misión de sobrevuelo planetario, que requería delta V adicional (y asistencias de gravedad) para que el Voyager pudiera "tejer" su salida, en lugar de una ruta de escape directa.