¿Puede un velero solar cambiar la inclinación de una órbita (de polar a ecuatorial)?

En general, el cambio de inclinación es el componente más costoso de las maniobras orbitales.

Para las velas solares, como para cualquier otra embarcación, la solución más fácil es lanzarlas directamente a la órbita requerida. Salvo eso, tenemos que gastar recursos en el cambio de avión. Aquí comienzan a surgir las diferencias entre una nave espacial normal y un velero:

• una nave espacial normal tiene un suministro de propulsor limitado, y nuestra solución propuesta debe centrarse en minimizar el uso de propulsor y, por lo tanto,$\Delta V$(la vida útil operativa también puede estar limitando nuestro calendario de maniobras);

• un velero solar ideal tiene "combustible ilimitado" y no utiliza propulsores para el control de actitud (es decir, está equipado con paletas solares de reflectividad variable o magnetorquers para operaciones LEO). Nos gustaría minimizar el tiempo hasta la finalización de la maniobra.

• un velero más realista se caracteriza por la degradación de la vela solar y el control de actitud (debido al viento solar y los rayos cósmicos galácticos, y el recurso finito de superficies/actuadores de control de actitud). Aquí, el objetivo más relevante a minimizar puede ser una combinación de tiempo de finalización y número de cambios de actitud.

Se ha demostrado que el cambio de plano de 90 grados estipulado en la pregunta se puede lograr a través de tres encendidos para naves espaciales de alto empuje (en breve adaptaremos el esquema a los de bajo empuje):

• aumentar la apoapsis de la órbita mediante un encendido progresivo para que el nodo necesario para el cambio de plano (ascendente o descendente) también se mueva más alto, lejos de la influencia de su planeta;
• en el nodo necesario, disparar en dirección normal/antinormal;
• en el siguiente periapsis, haz un encendido retrógrado para volver a la órbita objetivo (ecuatorial en tu caso).

Algunas naves espaciales con protección térmica y una aerodinámica similar a un ladrillo medio decente pueden hacer cambios de plano en la atmósfera superior. Debido a las limitaciones de masa, la mayoría de las naves espaciales, incluidos los veleros solares, no pueden permitirse esto (ni tampoco lo necesitan realmente).

Los propulsores bajos sufren pérdidas de gravedad, por lo que aumentar la apoapsis requiere muchas más revoluciones. Sin embargo, la secuencia subyacente de pasos sigue siendo más o menos la misma:

• Primero, coloque el periápside lo más cerca posible del planeta y en el argumento correcto del periápside (teniendo cuidado de permanecer fuera de la influencia de la resistencia atmosférica) para aprovechar al máximo el efecto Oberth durante las revoluciones posteriores. La altitud de periapsis (PeA) y el argumento de periapsis (AgP) son cruciales para la eficiencia de la maniobra y tendrán que permanecer prácticamente iguales (debe tener en cuenta la oblación del planeta: la$J_2$término del campo de gravedad perturbará AgP). El tiempo también es importante: desea que el periápside se ubique sobre el hemisferio soleado del planeta.

• segundo, aumentar la apoapsis con el objetivo de maximizar el componente progrado de la presión solar (aquí, la eficiencia$\frac{dApA}{dt}$depende del ángulo solar ($\beta$) y la tasa de actitud sostenida máxima permitida por su subsistema de control de actitud) mientras pasa el periápside. En algún lugar entre los ábsides habrá una región para otro cambio de actitud para que durante el apoápsis puedas contribuir a los objetivos de la maniobra a) cambiando la inclinación (todo ayuda), b) manteniendo la altitud del periápside, c) entrando en el Actitud correcta de progrado para el próximo pase de periapsis. La secuencia exacta depende de la ubicación del nodo que necesite.

En general, toda la maniobra debe optimizarse en un software especial. Nuevamente, le insto a que considere inyectar la nave en la órbita correcta desde el principio (o hacer correcciones a mitad de camino en caso de vuelos interplanetarios/interestelares).

En un sistema binario (simplemente llamemos al planeta que está orbitando Tattooine), la estrella más cercana contribuirá con la mayor presión, y la fuerza resultante será una suma geométrica de los tres vectores (presión del primer sol, segundo sol y la luz del sol reflejada de Tattooine) en lugar de dos. El control térmico puede ser complicado debido a esto. Puede haber otros casos de esquina interesantes en los que aún no he pensado.