¿Qué tan cerca de Júpiter debe estar una nave espacial para obtener la máxima asistencia de gravedad y la bonificación del efecto Oberth para abandonar el Sistema Solar?

Dado que el propósito de una nave espacial es abandonar el Sistema Solar lo más rápido posible, ¿qué tan profundo en el pozo de gravedad de Júpiter sería óptimo para ayudar en la dirección orbital del planeta? La velocidad orbital máxima de Júpiter de 13,7 km/s establece un límite superior absoluto para la asistencia de la gravedad, pero ¿cuánto podría contribuir el efecto Oberth?

Juno ahora llega a 4.200 km de las cimas de las nubes (según alguna definición de cimas de nubes). ¿Ayudaría mucho que una nave espacial de alta velocidad bajara a 0 km y disparara la última etapa de propulsión instantánea allí mismo? La asistencia de aerogravedad solo ayudaría a cambiar la inclinación, no mejoraría la velocidad máxima de escape del Sistema Solar, ¿no es así?

Respuestas (1)

Si está buscando velocidad pura, su nave espacial necesitaría acercarse lo más posible a Júpiter sin interactuar demasiado con su atmósfera. Recuerde que hay atmósfera por encima de las cimas de las nubes. Tiene razón sobre las asistencias de aerogravedad: una asistencia de aerogravedad utiliza la elevación aerodinámica para lograr el mayor cambio de dirección, sin embargo, eso tiene el costo de cierta velocidad debido a las fuerzas de arrastre aerodinámicas :

  • Arrastre inducido por elevación: este es el subproducto de la elevación que generas. Ningún ala es 100% eficiente en la creación de sustentación, por lo que perderá más velocidad que el cambio en el vector que logra
  • Arrastre parasitario: este es el arrastre en el cuerpo de la nave espacial cuando pasa a través de la atmósfera.

Esencialmente, habrá una distancia en la que las pérdidas por arrastre atmosférico contrarrestarán exactamente las ganancias debidas al efecto de atraque, para aprovechar al máximo la maniobra, querrá que su nave espacial se encuentre justo por encima de ese punto. Para calcular esto, necesitaría modelar el cuerpo de su nave espacial y hacer algunos cálculos sobre la cantidad de arrastre que produciría.

Algunas otras consideraciones:

  • Si va a ingresar a la atmósfera, debe considerar cómo afectará la estructura de la nave espacial en términos de calor y estrés.
  • La intensa radiación de Júpiter requerirá protección, tal vez agregando suficiente peso para que las ganancias de atraque se compensen.
¿Tiene alguna sugerencia sobre cuánto más Voyager o Galileo o Cassini o New Horizons o Juno podrían haber ganado físicamente en velocidad alejándose del Sol si hubieran estado en una trayectoria de sobrevuelo de Júpiter para hacerlo, en lugar de usar Júpiter para alcanzar su destino real? objetivos de la ciencia?
Realmente no, hay demasiados factores que no puedo evaluar. La exposición a la radiación es una de ellas, por ejemplo, qué tan cerca podría llegar Cassino a Júpiter sin freírse.
El cinturón de radiación de Júpiter parece ser como un toro a su alrededor, como los cinturones de van Allen. Juno en realidad se está acercando mucho a Júpiter en parte porque es más seguro allí. Sin embargo, estaba buscando un experimento mental de ciencia de cohetes orbitales más simple aquí, incluso imaginando que no hay problema de radiación.
Me temo que los cálculos del efecto Oberth están más allá de mis capacidades.
¿Qué tan cerca de Júpiter debe estar una nave espacial para obtener la máxima asistencia de gravedad y la bonificación del efecto Oberth para abandonar el Sistema Solar?
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