Entiendo que con la tecnología actual no podemos simplemente volar en línea recta fuera del sistema solar, pero ¿qué salida necesitaría menos combustible?
Actualmente, navegar por el sistema solar es un baile alrededor de los planetas usando tirachinas, asistencia de gravedad y demás.
La trayectoria de Ground Tour de la Voyager 2 "utilizó" los primeros tres de los cuatro grandes planetas Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, pero esto fue optimizado para el tiempo y terminó con una velocidad de escape mucho más que heliocéntrica.
Supongamos que, en cambio, el objetivo del ejercicio fuera alcanzar apenas la velocidad de escape heliocéntrica utilizando el combustible mínimo o delta-v, comenzando desde LEO, con mucha más flexibilidad en el tiempo, digamos aproximadamente 100 años desde el lanzamiento hasta lograr la velocidad de escape (C3 = 0) . Suponga que puede comenzar con la configuración óptima de los planetas dentro de sus órbitas.
¿Cómo sería esa trayectoria? ¿Seguiría usando estos cuatro planetas, o podría arreglárselas con menos? ¿Tendría sentido mirar hacia adentro, usando los cuatro planetas rocosos en su lugar?
Como pregunta secundaria, ¿siempre ayudaría tener aún más planetas presentes al salir?
arriba: Voyager 2 Grand Tour. Fuente
abajo: Voyager 2 Grand Tour Velocidad heliocéntrica. Fuente
La forma más eficiente de combustible para abandonar el sistema solar en la actualidad es lanzarse en una trayectoria que (como la utilizada para Gallileo) bien puede implicar una o varias ayudas de la gravedad de la Tierra o Venus, pero que finalmente te lleva a Júpiter. Si puede llegar a Júpiter, es casi seguro que puede hacerlo de tal manera que una honda entre en una trayectoria de escape solar. Los encuentros con otros planetas después de eso son solo "la guinda del pastel" (se entra en una trayectoria de escape más rápida) y, como todas las hondas gravitacionales, existe un problema de rendimientos decrecientes. Cuanto más rápido vas, menos bien te hacen. De todos modos, el problema como se indica es básicamente el mismo que llegar a Júpiter.
La propuesta de la misión Trident ilustra una trayectoria de este tipo. El lanzamiento inicial es a una órbita de transferencia de Venus. Después de eso, utiliza la asistencia de la gravedad en Venus, la Tierra (dos veces) y Júpiter para llegar a Neptuno sin un consumo adicional significativo de combustible y a una velocidad que seguramente lo sacará del sistema solar.
Una pregunta relacionada es cómo hacer que el sistema solar funcione lo más rápido posible para un suministro dado de combustible (equivalente a un delta-V total dado). Todavía comienzas yendo a Júpiter. Luego, usa la gravedad de Júpiter para colocarlo en una órbita lo más energética posible, pasando tan cerca del Sol como sus sistemas pueden sobrevivir. Una vez allí, quema todo el combustible restante y luego navega por la costa. Puede ganar un poco de los encuentros con Júpiter y/o Saturno al salir, pero se está moviendo tan rápido que en realidad no importa.
El estudio de las Mil AU calculó que se podría lograr la salida del sistema solar interior a una velocidad de quizás 10-15 AU/año utilizando esta técnica con un gran lanzador de corriente. Una ventaja adicional es que puede salir en la dirección que desee. más o menos.
Si desea evitar la asistencia de la gravedad, la forma más eficiente de combustible para salir del Sistema Solar es lanzarlo hacia el este desde un sitio de lanzamiento en los Andes ecuatorianos, en algún momento antes de la medianoche local del 3 de enero cuando hay luna nueva. Esto le brinda el máximo beneficio posible del movimiento de la Tierra, dejando solo unos 12,000 m/s de delta-V necesarios por encima de la velocidad de escape de la Tierra.
(Cálculo aproximado: un Saturno V apenas podría poner a New Horizons directamente en una trayectoria de escape solar. Es por eso que usamos asistencia de gravedad en su lugar).
Lanzar desde el lado oeste de la Tierra y tomar un curso de honda por el sol para un giro de aproximadamente 90 *, luego hacer otro honda más allá de Júpiter (quemando todo su combustible) sería, creo, la forma más eficiente de hacer esto. Los motores de iones y los espejos también serían el método de propulsión más eficiente, sin embargo, recomendaría usar motores LOXY comunes para entrar en órbita, y luego los motores de iones para romper la órbita y dirigirse hacia el sol. Funcionaría, si fueras a lanzar tu cohete hoy, a lo largo del camino orbital de los planetas...
Sin embargo, otra forma de hacerlo (nuevamente con la ayuda del sol) sería ir a LEO y luego establecer su periápside en el 'lado nocturno' de la Tierra. Luego, en el periápside, haz que tus motores funcionen a toda potencia hasta que el otro lado de tu órbita vaya al lado opuesto del Sol, y luego deslízate hasta que llegues al fondo y, de nuevo, a toda máquina. para cuando termine de acelerar, su apoapsis debería estar fuera del sistema solar.
No hay forma de salir "directamente" del sistema solar sin ser acelerado y desacelerado. Las fuerzas gravitacionales siempre estarán actuando sobre ti, y hasta que llegues al punto donde la gravedad del cuerpo extrasolar más cercano sea más fuerte que la del sol, no estarás "fuera" del sistema solar.
Thorbjorn Ravn Andersen
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