Usa la gravitación de Plutón para llegar al próximo planeta enano

¿Por qué New Horizons no vuela más cerca de Plutón para que la atracción gravitacional lance la sonda a uno de los próximos planetas enanos en el sistema solar exterior (Eris, Haumea, Makemake,...)?

Hay dos razones clave:

1. no puede
2. Incluso si pudiera, no debería.

La razón por la que no puede es porque el delta V sería bastante pequeño incluso si New Horizons sobrevolara Plutón lo más cerca posible. La masa y la velocidad orbital de Plutón son bastante pequeñas y la velocidad de New Horizons es bastante grande. Un sobrevuelo de Plutón a 100 km sobre la superficie con _{una v ∞} de 13 km/seg cambiará la trayectoria de New Horizons en aproximadamente 1,4 grados. Eso no es mucho. Incluso un sobrevuelo que está justo por encima de la superficie en la aproximación más cercana es esencialmente una trayectoria en línea recta. Hay muy poca asistencia de gravedad en un sobrevuelo de Plutón a la alta velocidad de New Horizons.

La razón por la que no debería es porque ese sobrevuelo cercano va fuertemente en contra de la misión principal, que es observar a Plutón. Supongamos que Plutón fuera varios órdenes de magnitud más masivo de lo que es, lo que haría factible una asistencia gravitatoria. Suponga también que se descubrió un KBO grande después del lanzamiento de New Horizons, y que este KBO recién descubierto era accesible, pero solo si el encuentro con Plutón se cambiaba de su acercamiento más cercano planificado de 10,000 km a un sobrevuelo que implica un acercamiento muy cercano. ¿Deberían hacerlo?

La respuesta es no. El encuentro con Plutón es el objetivo principal de la misión. Ese cambio radical en la trayectoria significaría el fracaso para lograr ese objetivo principal. El paquete de sensores de New Horizons se diseñó teniendo en cuenta ese enfoque más cercano de 10,000 km. El paquete de sensores no puede manejar un sobrevuelo cercano.

Supongamos que New Horizons logra su objetivo principal. Eso solo es suficiente para calificar la misión como un completo éxito. Si no logra su objetivo principal, eso es suficiente para calificar la misión como un fracaso. La parte posterior a Plutón de la misión siempre se ha visto como una bonificación opcional.

Detalles sobre "no puede"
Uno de los parámetros clave para determinar la gravedad asiste a los resultados de un sobrevuelo es el ángulo de giro.$\delta$. Este es el ángulo por el cual el planeta gira la trayectoria hiperbólica del satélite (visto desde un marco de inercia centrado en el planeta). Esto está dado por

$$\delta = 2\arcsin\left( \frac 1 e \right)$$ dónde $e$es la excentricidad de la trayectoria hiperbólica. Esto se puede calcular a partir del parámetro gravitatorio del planeta. $\mu = GM$, la distancia del periápside del satélite $r_p = a(1-e^2)$, y la velocidad del satélite en el infinito $v_\infty = -\mu/a$: $$e = \sqrt{1+\frac{r v_\infty}\mu}$$ La excentricidad es 227 en el caso de un sobrevuelo de Plutón con una _{v ∞} de 13 km/seg y una máxima aproximación de 10 000 km. Esto se reduce a una excentricidad de 81 para un sobrevuelo cercano (100 km sobre la superficie). Ambas excentricidades son demasiado grandes para obtener un delta V significativo del sobrevuelo. El ángulo de giro para la misión nominal es de 0,5 grados, 1,4 grados para el sobrevuelo cercano.

Eso es más o menos lo que planean hacer, excepto que el objetivo planeado es un Objeto del Cinturón de Kuiper más pequeño, no un planeta enano.

ACTUALIZACIÓN: sobrestimé el cambio de rumbo posible al usar la gravedad de Plutón. Consulte la respuesta de David Hammen para obtener más detalles.

Después del sobrevuelo de Plutón, el plan actual es que New Horizons continúe su camino y vuele por uno o dos objetos del Cinturón de Kuiper (KBO). Dos de estos objetos han sido identificados como posibles objetivos. Por lo que puedo decir, aún no se ha hecho una selección. Se estima que uno tiene entre 30 y 45 kilómetros de diámetro; el otro es probablemente algo más grande.

La elección del objetivo está fuertemente limitada por el combustible disponible para los ajustes de rumbo. Antes de octubre de 2014, no había cuerpos conocidos más allá del sistema de Plutón a los que New Horizons pudiera llegar. Se realizó una búsqueda utilizando telescopios terrestres y más tarde el Telescopio Espacial Hubble.

Una vez que se elige un objetivo, la ruta de vuelo se ajustará durante el sobrevuelo de Plutón para garantizar que pase cerca del objeto seleccionado. La gravedad de Plutón deberá tenerse en cuenta al planificar la corrección del rumbo.

No está claro que esto sería una "honda". El objetivo no es necesariamente aumentar la velocidad de la nave espacial, como se hizo en el sobrevuelo de Júpiter en 2006; más bien, seleccionará cualquier curso que sea necesario para alcanzar el objetivo.

Desafortunadamente, un sobrevuelo de otro planeta enano después de abandonar el sistema de Plutón no es factible. La elección de objetivos más allá de Plutón está fuertemente limitada por el combustible, la distancia y el tiempo. La nave espacial tiene solo una cantidad muy limitada de propulsor de hidracina disponible para maniobras, y no puede devolver buenos datos científicos de manera efectiva más allá de las 55 UA. Esto limita los objetivos disponibles a un cono de menos de 1 grado de ancho. Simplemente no hay planetas enanos más allá de Plutón que New Horizons pueda alcanzar. Solo tres objetos más allá de Plutón han sido reconocidos oficialmente como planetas enanos; un puñado de otros son probables.

Esta información se resume del artículo de Wikipedia .