¿Por qué razones se utilizan las asistencias por gravedad? ¿Qué objetos se pueden visitar sin tales medidas?

New Horizons se lanzó en una trayectoria de escape directa, por lo que, en teoría, podemos ir a cualquier parte del Sistema Solar y más allá sin asistencia gravitatoria, excepto muy cerca del Sol, para lo cual no tenemos el combustible sin tales medidas. (Al menos, no en un tiempo razonable).

Las ayudas de gravedad solo abaratan el proceso y permiten cargas útiles más pesadas. New Horizons pudo hacerlo porque era muy pequeño, enviar una carga útil más grande sería difícil. Hizo un sobrevuelo de Júpiter, no porque fuera necesario, sino porque permitió que la nave espacial llegara allí un poco más rápido. Y, francamente, casi no hay razón para ir al sistema solar exterior sin hacer primero un sobrevuelo de Júpiter, ya que la mejora de la velocidad es bastante grande. La excepción principal sería que limita cuándo puede iniciar la misión, pero eso no suele ser un factor importante.

Debe comprender que "suficiente combustible" es un asunto increíblemente crucial en los viajes espaciales. Las naves espaciales están sujetas a la tiranía de la ecuación de cohetes .

En resumen, si desea llevar su nave espacial y usar combustible, digamos, en algún lugar alrededor de Marte, debe llevarla allí, usando más combustible para acelerarla fuera de la órbita terrestre. Para tener ese combustible, en orden, necesitas más combustible en la segunda etapa. Y para acelerar el combustible adicional en la segunda etapa (más el combustible en la órbita terrestre y el combustible alrededor de Marte), se necesita mucho más combustible en la primera etapa.

¿Cuánto cuesta? En el lanzamiento, la masa de las etapas de combustible y lanzamiento a la carga útil científica real para misiones distantes del sistema solar oscila alrededor del 98-99%. El kilogramo adicional de carga útil alrededor de Plutón puede representar varias toneladas de combustible en la plataforma de lanzamiento.

Y todo eso se convierte en tamaño cohete y costos enormes.

Por lo tanto, cualquier técnica que pueda ahorrar masa más adelante en la misión, especialmente masa de combustible, es absolutamente esencial para el presupuesto.

Las asistencias por gravedad significan aceleración libre. Puede ahorrar muchas toneladas de combustible en la plataforma de lanzamiento y simplemente usar un cohete que es más pequeño y más barato por un par de cientos de millones de dólares.

Se puede acelerar cualquier masa, y cuanto mayor sea la masa del cuerpo contra el que estás haciendo un sobrevuelo, más aceleración se puede lograr. Palabra clave: sobrevuelo. No puedes simplemente lanzarte desde la Tierra y hacer una asistencia de gravedad mientras estás en LEO. Pero puede partir hacia el "espacio profundo" en una órbita elíptica (usando motores y combustible precioso) y encontrarse con la Tierra más tarde, realizando una asistencia de gravedad.

Casi cualquier cosa en el Sistema Solar, excepto la Luna, se puede alcanzar con el beneficio de las asistencias de gravedad, aunque para llegar a los planetas más cercanos (Marte, Venus) a menudo se omiten, porque lo único contra lo que realmente podemos realizar una asistencia de gravedad beneficiosa, mientras vamos ahí está la Luna, y es demasiado liviana para marcar una diferencia significativa: lanzar en el momento perfecto para consumir menos combustible en una transferencia directa costará menos que esperar a que la Luna y el planeta objetivo se alineen, y luego usar la asistencia de gravedad. Por supuesto, si la Luna está en la alineación correcta en el momento correcto, la gente de dinámica orbital felizmente aprovecha la oportunidad y realiza la asistencia de todos modos.

La cuestión es que los planetas se mueven según su propio horario, y una trayectoria que se encuentra con uno sin gastar mucho combustible lleva tiempo. Por lo tanto, los vuelos que utilizan la asistencia de la gravedad suelen tardar más que los encuentros directos, como el traslado de Hohmann. Pero son significativamente menos costosos y, en realidad, los ahorros ascienden a muchos, muchos millones de dólares.

Echa un vistazo a la trayectoria de Rosetta . Realizó 4 asistencias por gravedad y tardó 12 años en llegar a su destino. Pero llegó al destino y envió buena ciencia. Probablemente, si hubiera volado allí directamente, sin todas estas ayudas, habría tardado unos 4 años. Pero no pudo, porque eso duplicaría los costos de la misión, y ese dinero simplemente no existe.