¿Cuándo es la próxima alineación de Outer Planet (Voyager)?

La alineación ocurre una vez cada 175 años. La ventana de lanzamiento la última vez que ocurrió esta alineación fue de 1976 a 1980 [1], por lo que la próxima vez que se abriría sería alrededor de 2151-2154.

En realidad, se podría montar otra misión tipo Voyager en cualquier momento. Tenemos la tecnología para hacerlo, pero el costo de montar una misión de este tipo fuera de la ventana de lanzamiento del Gran Tour sería mucho mayor, porque la nave espacial necesitaría más propulsor para poder alterar su trayectoria para ir de un lugar a otro. Tal misión también tomaría más tiempo, citando de la misma fuente que la anterior, el Gran viaje tomaría "... de ocho a trece años, dependiendo de la trayectoria, en comparación con los treinta años para un vuelo directo a Neptuno solo, empleando un maniobra llamada asistencia por gravedad"

La belleza de la asistencia por gravedad es que usas el campo de gravedad de un cuerpo grande para cambiar de rumbo. Un concepto erróneo común es que la asistencia de gravedad aumenta la velocidad, pero en realidad la deja sin cambios. Es más exacto decir que la asistencia de gravedad cambia de dirección, ya que la velocidad es tanto una magnitud (velocidad) como una dirección.

Si no recuerdo mal de un estudio que hice de estas trayectorias hace un par de años, las Voyagers ahorraron unos 30 km/s de delta-v empleando asistencias por gravedad. No puedo encontrar una fuente para esto en este momento, pero desenterraré mis notas y veré si puedo confirmarlo. Pero 30 km/s es un gran ahorro, ya que la mayoría de las sondas del sistema solar exterior solo se lanzan con unos pocos cientos de m/s de delta-v que pueden gastar realizando maniobras [2]

[1] http://history.nasa.gov/SP-4219/Chapter11.html

[2] Delta-v de maniobras de espacio profundo en misiones de espacio profundo como Voyager o Pioneer

Una alineación de cuatro planetas es rara, como dijo @Nickolai. Las alineaciones de 3 planetas son un poco más comunes . New Horizons usó una sola asistencia de gravedad (Júpiter) para llegar a Plutón.
Las misiones tipo Grand Tour serán raras: el enfoque se ha desplazado a misiones que estudian un solo planeta con más detalle. Muchas de estas misiones fueron diseñadas para responder a las preguntas planteadas por los sobrevuelos de la Voyager.
Se podría argumentar que Dawn está realizando un recorrido por el cinturón de asteroides y hay un plan de misión para otra sonda que visitará 6 asteroides. No tan grande como los 4 planetas exteriores, pero la misma idea básica: exploración inicial a la que seguirán investigaciones más detalladas.

La alineación para un gran viaje ocurrirá próximamente en unos 175 años como consecuencia de los períodos orbitales de los cuatro planetas exteriores. El factor dominante es el período orbital de ~165 años de Neptuno, que establece el intervalo de "baja frecuencia" que define el período general. El largo período orbital de Urano también juega un papel importante, pero el hecho de que su período sea de 84 años (o casi exactamente la mitad del de Neptuno) ayuda a mantener muchas cosas "resonantes" en el sentido de que en aproximadamente 168 años, Urano regresa. al mismo lugar donde estaba y en ese lapso de tiempo, Neptuno también está casi exactamente en el mismo lugar. El período orbital de Saturno es de entre 29 y 30 años, y el de Júpiter es de unos 12 años, por lo que regresan a los mismos lugares en relación con el sol con más frecuencia, por lo que su efecto es alargar el "gran recorrido". el período es un poco más bajo. Pero considere lo que podría pasar si, digamos, el año orbital de Saturno fuera 70 años terrestres. Volvería a donde empezó en solo 70 años (demasiado pronto para que Urano y Neptuno se alinearan), 140 años (también demasiado pronto para que Urano y Neptuno se alinearan) y 210 años (demasiado tarde para estar en la misma línea). recorrido). En cierto modo, puedes pensar en el fenómeno de la alineación un poco como rasguear un acorde en una guitarra. Las notas no son las mismas en todas las cuerdas, pero si están en los intervalos correctos, obtienes algo que suena bien y tienes una especie de resonancia. Urano y Neptuno están separados por una octava. Júpiter y Saturno están en notas más altas en el pentagrama, pero funcionan, y el período de la gira llega a ser algo razonable. volvería a donde comenzó en solo 70 años (demasiado pronto para que Urano y Neptuno se alinearan), 140 años (también demasiado pronto para que Urano y Neptuno se alinearan) y 210 años (demasiado tarde para estar en la gira) . En cierto modo, puedes pensar en el fenómeno de la alineación un poco como rasguear un acorde en una guitarra. Las notas no son las mismas en todas las cuerdas, pero si están en los intervalos correctos, obtienes algo que suena bien y tienes una especie de resonancia. Urano y Neptuno están separados por una octava. Júpiter y Saturno están en notas más altas en el pentagrama, pero funcionan, y el período de la gira llega a ser algo razonable. volvería a donde comenzó en solo 70 años (demasiado pronto para que Urano y Neptuno se alinearan), 140 años (también demasiado pronto para que Urano y Neptuno se alinearan) y 210 años (demasiado tarde para estar en la gira) . En cierto modo, puedes pensar en el fenómeno de la alineación un poco como rasguear un acorde en una guitarra. Las notas no son las mismas en todas las cuerdas, pero si están en los intervalos correctos, obtienes algo que suena bien y tienes una especie de resonancia. Urano y Neptuno están separados por una octava. Júpiter y Saturno están en notas más altas en el pentagrama, pero funcionan, y el período de la gira llega a ser algo razonable. En cierto modo, puedes pensar en el fenómeno de la alineación un poco como rasguear un acorde en una guitarra. Las notas no son las mismas en todas las cuerdas, pero si están en los intervalos correctos, obtienes algo que suena bien y tienes una especie de resonancia. Urano y Neptuno están separados por una octava. Júpiter y Saturno están en notas más altas en el pentagrama, pero funcionan, y el período de la gira llega a ser algo razonable. En cierto modo, puedes pensar en el fenómeno de la alineación un poco como rasguear un acorde en una guitarra. Las notas no son las mismas en todas las cuerdas, pero si están en los intervalos correctos, obtienes algo que suena bien y tienes una especie de resonancia. Urano y Neptuno están separados por una octava. Júpiter y Saturno están en notas más altas en el pentagrama, pero funcionan, y el período de la gira llega a ser algo razonable.

Parte de lo que hace que un recorrido como este sea atractivo, además de no tener que viajar a un lado del sol para llegar a un planeta y al otro lado para llegar al siguiente, es que la asistencia de la gravedad para cambiar el impulso se convierte en posible. Recuerde que un vector de cantidad de movimiento tiene tanto dirección como velocidad, y con una interacción gravitacional entre la sonda y el planeta, la sonda puede intercambiar cantidad de movimiento con el planeta, cambiando así tanto su dirección como su velocidad. (También, en un grado minúsculo, cambia la dirección y la velocidad del planeta a medida que pasa, ya que la energía se conserva, y la energía adicional que la sonda puede recoger tiene que venir de algún lugar. Pero tendrías que enviar un asombroso número de sondas más allá de un planeta antes de cambiar su órbita de manera significativa).

Cuando viajas más allá del planeta que está delante de él, la gravedad del planeta está detrás de ti y tira de tu masa (y tu vector de impulso, jalándote hacia atrás y ralentizándote). Si entras en una órbita en la parte posterior de su dirección de viaje, tu masa (en un grado infinitesimalmente pequeño) ejerce una atracción gravitacional que frena al planeta, mientras que al mismo tiempo, el planeta te atrae y te transfiere energía. y lanzarte hacia adelante. Tu vector de impulso entonces tiene un cambio tanto en la velocidad como en la dirección, y te vas al siguiente planeta mucho más rápido.

Puede comparar este efecto con remolcar un automóvil detrás de otro con una cuerda. Si el automóvil de adelante tiene el motor encendido y el de atrás no, el de adelante está gastando energía para acelerar al de atrás. Y el que está detrás le está robando energía al que está delante, que obtendría mucho mejor millaje de gasolina si no se usara como vehículo remolcador.

Vale la pena mencionar este "intercambio de impulso a través de la gravedad" porque también influye en cómo las misiones Apolo llegaron a la luna. Uno de mis parches de misión favoritos es el del Apolo 8, que representa una figura 8 alrededor de la luna. (Apolo 8 fue la primera misión que llegó hasta la luna). Podrías descartar esto como gráficos geniales y una jugada con el número 8, pero de hecho esta es la trayectoria real que tomó la nave espacial. Efectivamente hizo quemar su inyección translunar (TLI) para entrar en lo que habría sido una órbita elíptica muy alta alrededor de la tierra si no hubiera puesto a la nave espacial en el camino de la luna que se aproxima. En cambio, lo suficientemente lejos de la Tierra, la nave fue capturada por la gravedad lunar mientras avanzaba por delante de la luna. Y fue este intercambio negativo de energía parala luna del Apolo 8 que redujo la velocidad de la nave lo suficiente como para capturarla en órbita. Si el Apolo 8 se hubiera acercado desde el otro lado (detrás de la luna), el impulso lunar se habría transferido a la nave y habría continuado hacia el espacio profundo. De regreso a casa, el encendido del motor en la nave le dio al Apolo 8 suficiente impulso para salir del pozo de gravedad lunar y retroceder lo suficiente a su alta órbita original alrededor de la Tierra para ser recapturado por el pozo de gravedad de la Tierra, donde los encendidos finales del motor podrían ralentizarlo a velocidades de reentrada atmosférica.

La alineación ocurre una vez cada 175 años. La ventana de lanzamiento la última vez que ocurrió esta alineación fue de 1976 a 1980, por lo que la próxima vez que se abriría sería 2151-2154.

Fuente: programa Grand Tour