¿Qué tipo de objetivo de misión haría deseable una trayectoria de escape parabólica?

¿Por qué cero exceso de velocidad? Bueno, con un exceso de velocidad casi nulo, puedes permanecer cerca de la Tierra, pero no demasiado cerca. Por ejemplo, el telescopio espacial Spitzer hizo esto para comunicarse con la Tierra y evitar el calor radiante de la Tierra. Se ha ido alejando, pero lo suficientemente lento como para que otros factores primero redujeran su efectividad.

¿Por qué uno querría elegir un exceso de velocidad cero al escapar?

Si no tiene mucha prisa, tiene un presupuesto delta-V pequeño y desea visitar los puntos troyanos L4 o L5 , puede hacerlo saliendo de la esfera de influencia de la Tierra y luego bajando o subiendo. su órbita solar muy ligeramente para adelantarse o quedarse atrás de la Tierra. No querrías exactamente un exceso de velocidad cero para esto, pero tal vez bastante cerca.

La trayectoria de escape parabólico es solo teórica, solo "funciona" en un sistema de dos cuerpos, y en un sistema de dos cuerpos, el "escape" es una práctica sin sentido de todos modos.

En un sistema de múltiples cuerpos, las fuerzas de otros cuerpos, especialmente alrededor del borde del pozo de gravedad, hacen que el escape parabólico sea imposible: antes de tener una velocidad cero, el otro cuerpo ya habría dominado la fuerza/aceleración de la gravedad (diferentes ubicaciones (! )).

Sin embargo, puede escapar con "velocidad mínima": tal escape lo pondría en una órbita alrededor del sol, una órbita muy parecida a la tierra pero ligeramente más pequeña/más grande (dependiendo de la dirección de su escape).

Esto es útil, por ejemplo, para los satélites de observación solar, que deben estar en una órbita estable alrededor del sol/no bloqueados por la tierra, pero permanecer cerca de la tierra es importante para la intensidad de la señal.

Pero de todos modos es imposible (no solo debido a imprecisiones mecánicas sino también a un problema imposible de resolver), y para los cálculos es mejor simplemente asumir una velocidad hiperbólica. Preferiría encarecidamente no hacer demasiado en el borde del pozo de gravedad, y simplemente pasarlo a toda velocidad y luego corregir las diferencias.

No puedo pensar en uno. Para la planificación de misiones, la velocidad parabólica no tiene nada de especial. Hay algo especial desde la perspectiva de la enseñanza de la mecánica orbital, ya que es el límite entre las órbitas cerradas y abiertas, pero desde el punto de vista de una misión práctica parece una elipse muy larga o una hipérbola apenas abierta durante muchos, muchos años. Podría ser que una maniobra de tirachinas deseable resulte en una velocidad cercana a la parabólica, pero sería un accidente. Podría ser que estés tratando de escapar del sistema solar y apenas tengas un cohete lo suficientemente grande para hacerlo. Incluso podría enviar la sonda muy ligeramente por debajo de la velocidad parabólica, y luego recibir una asistencia gravitatoria de una estrella cercana que evite que retroceda.

Como todos los demás han mencionado, no parece haber una misión para un verdadero escape parabólico, especialmente porque una trayectoria parabólica exacta es un objetivo de tamaño cero y, por lo tanto, hay cero posibilidades de golpearlo exactamente.

Además, una verdadera órbita parabólica solo tiene sentido en un modelo de dos cuerpos. Una vez que considera la gravedad de cualquier otra cosa, los elementos de la órbita, incluida la excentricidad, ya no son constantes. Un viaje a la Tierra/Sol L1 podría comenzar siendo hiperbólico, pero cambiar a elíptico al salir, debido a la gravedad del Sol. En algún instante intermedio, tendrá una excentricidad de exactamente 1, pero a nadie le importa, porque ese es un concepto de dos cuerpos en un problema de tres cuerpos.

Algunas misiones tienen una trayectoria muy cercana a la parabólica, pero no exacta:

• Todos los informes de prensa sobre Apolo hablan de que la misión necesita alcanzar la velocidad de escape para salir de la Tierra y dirigirse a la luna. De hecho, la velocidad alcanzada después de la inyección translunar es ligeramente inferior a la velocidad de escape. La órbita es muyestirado, con su periápside a unos 200 km de altitud, mientras que su periápside está mucho más allá de la luna, tal vez a 500 000 km (y depende sensiblemente de la precisión exacta de la quemadura). Por ejemplo, el informe de vuelo del Apolo 11 dice que la quemadura TLI alcanzó una velocidad de 10.841 m/s a una altitud de 320,2 km. A esa altitud, la velocidad de escape es de 10.914 m/s, por lo que al Apolo 11 le faltaron 73 m/s para escapar, lo que habría requerido algo así como un encendido TLI de 3 segundos más. Por supuesto, este apoapsis es solo académico, ya que la quemadura apuntó a la luna, y la luna, por supuesto, cambiará la órbita antes de que la nave espacial alcance el primer apoapsis.
• Los viajes a la Tierra/Sol L1 o L2 podrían ser los más cercanos a exactamente parabólicos: (en cierto sentido) suben para equilibrarse en el borde de la esfera de influencia de la Tierra. Hay varias naves espaciales de observación solar en L1 y varios observadores astronómicos en L2.
• A menudo, el caso parabólico (C3 = 0) se usa en las guías del planificador de carga útil del vehículo de lanzamiento. Enumerarán una tabla o un gráfico de cuánta masa pueden poner en una trayectoria de escape parabólica. Si está diseñando una misión interplanetaria, su nave espacial debe pesar menos que eso. Sin embargo, incluso en este caso, la mayoría de las guías de carga útil tendrán curvas alcanzables de C3 (que es el cuadrado del exceso de velocidad hiperbólico, en km^2/s^2) dada una determinada masa. Si está planeando una misión a Marte en un año en particular y la transferencia de ese año requiere un C3 de 10 km ^ 2 / s ^ 2, entonces use ese valor para verificar cuál es su masa máxima en un vehículo de lanzamiento determinado.
• MESSENGER a Mercurio fue lanzado inicialmente en una órbita alrededor del sol que tenía casi exactamente el mismo período que el de la Tierra. De hecho, regresó al espacio terrestre exactamente un año después y realizó un sobrevuelo que cambió la órbita para que se cruzara con la de Venus. Desde allí, utilizó sobrevuelos de Venus y Mercurio para descender por el pozo de gravedad y, finalmente, orbitar Mercurio. No creo que su salida C3 fuera cero, pero podría haber estado cerca. Lo que me pregunto es si realmente obtuvieron alguna ventaja del primer sobrevuelo de la Tierra. La llegada y salida del sobrevuelo C3 debe haber sido casi igual que el lanzamiento C3, entonces, ¿por qué no esperaron un año para el lanzamiento, en la trayectoria posterior al sobrevuelo? ¿Se trata simplemente de llevar la nave espacial al espacio, porque es mucho más difícil cancelar una misión después de su lanzamiento?

Los satélites puestos en órbita geoestacionaria tienden a utilizar trayectorias de exceso de velocidad cero para conservar más combustible para posicionamiento/ajuste posterior