¿Qué es exactamente una maniobra de pozo de gravedad solar y en qué casos sería útil?

En esta respuesta a la pregunta del experimento gedanken Con el estado actual de la tecnología, si quisiéramos, ¿cuánto tiempo tardaría la sonda recién lanzada en superar a las Voyagers? He visto el término "maniobra de pozo de gravedad solar" mencionado como una forma de ir rápido y alcanzar a los Voyagers.

Si llego a Júpiter desde atrás, puedo recoger algo de energía en el marco heliocéntrico a través de la asistencia de la gravedad y, por lo tanto, salir del sistema solar más rápido. Pero no veo la utilidad de dirigirse primero hacia el Sol antes de salir; después de una década, ¿no estaría de regreso a 5.5 UA yendo en la dirección y velocidad que podría haber tomado si hubiera pasado por Júpiter de una manera diferente?

Tal vez dónde no está lo suficientemente claro. Significa "maniobra de Oberth" en el Sol, con cohete ardiendo en el perigelio.
@Heopps: ¿Le gustaría escribir eso como una respuesta adecuada?
@Heopps, oh, eso tiene sentido contextualmente, pero estoy ansioso por descubrir cómo tiene sentido energéticamente, cuantitativamente. ¿En una elipse de la Tierra a Júpiter, uno pierde energía en Júpiter para caer más cerca del Sol que 1 AU?
@uhoh bueno, la buena pregunta es: ¿en qué parámetros "Júpiter + Oberth solar" es mejor que "Asistencia de gravedad óptima de Júpiter"? Quiero decir, ¿en qué parámetros la energía de escape resultante del primero será mayor? La respuesta me gustaría saber yo mismo. :) Tengo curiosidad, ¿es la ecuación vis-viva suficiente para modelar ambos, o deberían involucrarse técnicas más completas? Los parámetros principales: fracción de masa de combustible e Isp, altitud del perihelio, fracción de masa del protector solar.
Un vehículo apenas necesita propulsor para escapar del sistema solar a una velocidad muy alta con esta técnica. Todo lo que se necesita es una vela solar que no se derrita durante el paso del perihelio, más quizás un poco de propulsor para controlar la actitud. Ver nasa.gov/pdf/740774main_NosanovSpringSymposium2013.pdf , por ejemplo.
@DavidHammen ¡todo eso es extremadamente genial, o en este caso genial! Acabo de preguntar ¿Por qué poner cromo en la parte trasera de esta vela solar diseñada por el JPL?
También conocida como maniobra de Oberth-Kupiter. expliquexkcd.com/wiki/index.php/1244:_Six_Words (enlace de explicación de xkcd porque xkcd no es compatible con dispositivos móviles)
Es el momento angular lo que tienes que perder para acercarte al Sol, no la energía.

Respuestas (1)

Esta es una maniobra de Oberth , aprovechando al máximo su presupuesto delta-v agregando velocidad además de una velocidad ya alta.

En ninguna parte del sistema solar se alcanzan mayores velocidades orbitales que durante el perihelio de una inmersión solar, tan cerca como lo permita la gestión térmica. A esa velocidad de ~ 100 km / s, cada km / s de velocidad agregada corresponde a ~ 14 km / s en el escape del sistema solar, o aproximadamente a lo que viajan los Voyagers.

Esta no es una asistencia de gravedad, en el sentido habitual, ya que un sobrevuelo del Sol no puede, por definición, aumentar la velocidad heliocéntrica por sí solo. Es una buena posición para gastar un presupuesto de combustible. Las asistencias de gravedad tradicionales seguirían siendo útiles para sumergirse en el sol en primer lugar.

Un uso relacionado de esta maniobra es para velas solares, donde cerca del Sol, además de ser un buen lugar para la velocidad, también es el lugar donde una vela solar puede ganar la mayor velocidad.

"¿En qué casos sería útil?"
Prácticamente nunca. Si bien permite que nuestra tecnología de propulsión actual vaya un poco más rápido al espacio interestelar, todavía es demasiado lento para llegar al sistema estelar vecino en cualquier caso razonable. Ese experimento mental sobre la recuperación de los Voyagers es quizás el único caso de uso "práctico".

Sobre la parte de "prácticamente nunca", ¿sería útil construir una misión a Plutón similar a New Horizons de ~ 10 años que podría entrar en órbita allí? La carga útil sería mucho más pesada con el combustible adicional, ¿ayudaría de alguna manera un tercer estado que pudiera pasar cerca del Sol en este caso? [¿Hubo algún vehículo de lanzamiento posible que podría haber sido utilizado para un New Horizons más pesado con suficiente combustible para entrar en la órbita de Plutón? (agregando ~10 años)]( space.stackexchange.com/q/53878/12102_
@uhoh Mi intuición es que, dado que tendría que usar Júpiter o algo equivalente para comenzar la trayectoria, mi suposición (no rigurosa) es que simplemente salir directamente es la mejor opción.
¿Qué es exactamente una maniobra de pozo de gravedad solar y en qué casos sería útil?
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