¿Las naves espaciales Galileo o Juno usaron las lunas galileanas como asistencia gravitatoria antes de entrar en la órbita joviana?

Revisé Horizons de JPL con la siguiente configuración. Parece que Juno era agnóstica de Galileo, pero Galileo tuvo algunos encuentros cercanos definidos, especialmente con Io.

La gravedad no tiene un rango específico, solo cae como$1/r^2$por lo que definitivamente tuvo una interacción significativa con Io, pero si se puede clasificar como una asistencia o simplemente como un efecto necesitará más investigación, pero creo que cualquier efecto que haya tenido debe haber sido extremadamente pequeño en comparación con toda la velocidad ganada al caer en la enorme gravedad de Júpiter. Bueno.

Estas naves espaciales eran "tanques de combustible voladores", principalmente debido a la gran desaceleración necesaria para entrar en órbitas alrededor de estos cuerpos masivos para compensar la aceleración gravitatoria.

• ¡Tanques de combustible voladores! ¿Qué nave espacial del espacio profundo tenía la mayor fracción de masa de combustible? (Juno alrededor del 56% de combustible, Galileo solo alrededor del 41%)

arriba: captura de Galileo en Júpiter, abajo: lo mismo para Juno

nota: "velocidad relativa" es realmente la tasa de cambio de rango (distancia)

             Io      Europa    Ganymede    Callisto
          -------   -------   ---------   ---------
Juno      348,720   675,054   1,022,210   1,897,202
Galileo     2,719    34,560   1,191,685     792,388

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

names = 'Io', 'Europa', 'Ganymede', 'Callisto'

datas = []
for name in names:
    fname = 'Juno ' + name + ' horizons_results.txt'
    with open(fname, 'r') as infile:
        lines = infile.readlines()
    print(len(lines))
    a = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'SOE' in line][0]
    b = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'EOE' in line][0]
    lines = lines[a+1: b]
    data = [[float(x) for x in line.split(',')[-3:-1]] for line in lines]
    datas.append(data)
datas = np.swapaxes(np.array(datas), 2, 1)
print(datas.shape)

fig, (axr, axv) = plt.subplots(2, 1, figsize=[7, 7])
for (r, v), name in zip(datas, names):
    t = np.linspace(0, 2, len(r))
    axr.plot(t, r*1E-06, label=name)
    axv.plot(t, v, label=name)
    print('Juno closest to ', name, np.round(r.min(), 1), ' km')
axr.set_ylabel('distance (million km)')
axv.set_ylabel('relative speed (km/sec)')
axv.set_xlabel('time since 2016-Jul-04 00:00 (days)')
axr.legend()
axv.legend()
axr.set_ylim(0, None)
axv.plot(t, np.zeros_like(t), '-k', linewidth=0.5)
plt.show()
    
datas = []
for name in names:
    fname = 'Galileo ' + name + ' horizons_results.txt'
    with open(fname, 'r') as infile:
        lines = infile.readlines()
    print(len(lines))
    a = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'SOE' in line][0]
    b = [i for (i, line) in enumerate(lines) if 'EOE' in line][0]
    lines = lines[a+1: b]
    data = [[float(x) for x in line.split(',')[-3:-1]] for line in lines]
    datas.append(data)
datas = np.swapaxes(np.array(datas), 2, 1)
print(datas.shape)

fig, (axr, axv) = plt.subplots(2, 1, figsize=[7, 7])
for (r, v), name in zip(datas, names):
    t = np.linspace(0, 2, len(r))
    axr.plot(t, r*1E-06, label=name)
    axv.plot(t, v, label=name)
    print('Galileo closest to ', name, np.round(r.min(), 1), ' km')
axr.set_ylabel('distance (million km)')
axv.set_ylabel('relative speed (km/sec)')
axv.set_xlabel('time since 1995-Dec-06 12:00 (days)')
axr.legend()
axv.legend()
axr.set_ylim(0, None)
axv.plot(t, np.zeros_like(t), '-k', linewidth=0.5)
plt.show()

Del encabezado de Cassini horizons_results.txt, en respuesta a los comentarios

UPDATED with final trajectory prediction prior to atmospheric entry and
end of mission. Schedule of events for final day:


2017-Sep-15

Event time at Saturn                          Signal receipt time at Earth

 5:08 UTC (10:08 pm PDT - Sept. 14)

  High above Saturn, Cassini crosses the orbital distance of Enceladus
  for the last time

 7:14 UTC (12:14 am PDT)      8:37 UTC (1:37 am PDT)
      Spacecraft begins a 5-minute roll to point instrument (INMS) that will
      sample Saturn's atmosphere and reconfigures systems for real-time data
      transmission at 27 kilobits per second (3.4 kilobytes per second).
  Final, real-time relay of data begins


 7:22 UTC (12:22 am PDT)      High above Saturn, Cassini crosses the orbital distance of the F ring
  (outermost of the main rings) for the last time


10:31 UTC (3:31 am PDT)                        11:54 UTC (4:54 am PDT)     
    Atmospheric entry begins; thrusters firing at 10% of capacity   

10:32 UTC (3:32 am PDT)                        11:55 UTC (4:55 am PDT)
  Thrusters at 100% of capacity; high-gain antenna begins to point away
  from Earth, leading to loss of signal.

https://history.nasa.gov/sp4231.pdf

Galileo definitivamente ayudó a la gravedad en Io. Ver enlace (3,7 Mb pdf), páginas 202-203.

cita:

Dos de los primeros eventos del día de la llegada fueron los sobrevuelos del Orbiter de las lunas Europa (a las 3:09 a. m. PST) e Io (a las 7:46 a. m. PST). El Orbiter pasó a 32 500 kilómetros (20 200 millas) de Europa, pero a solo 890 kilómetros (550 millas) de Io, más cerca de lo planeado originalmente (ver figura 8.4). La trayectoria del Orbitador se había alterado para aprovechar al máximo el campo gravitatorio de Io para desacelerar la nave espacial, conservando así el propulsor para más adelante en la misión.

El ahorro de propulsor debido a la asistencia por gravedad fue bastante significativo. La quema de inserción de Galileo ha reducido la velocidad en ~600 m/s (ibid, página 208). Sin la asistencia, delta-v estaría más cerca de 900 m/s.

(Deducido de números similares para la futura misión ESA Juice , 7,5 Mbytes, página 85).

EDITAR: ok, 175 m/s de otra respuesta de @ kwan3217, pero sigue siendo significativo.

La misión Juno no pudo utilizar la asistencia gravitatoria de las lunas . Se insertó en órbita polar alrededor de Júpiter. Las órbitas de las lunas galileanas son coplanares con el ecuador de Júpiter, por lo que Juno tiene un flujo demasiado lejos de ellas para usar la asistencia de la gravedad.

Otras respuestas discuten qué tan cerca estuvo Galileo. Aquí hay una fuente que identifica la intención, Galileo Messenger v37 :

https://planetary.s3.amazonaws.com/galileo_messenger/GM037.pdf

"El sobrevuelo de Io también es fundamental para JOI: pasar por delante de Io en su trayectoria orbital genera un freno asistido por gravedad en la trayectoria de Galileo. La reducción de la velocidad del orbitador (su ΔV) en 175 m/s representa aproximadamente una quinta parte de la cambio total necesario para la órbita de captura, la primera en el recorrido orbital".

Recuerdo haber visto esto en la World Wide Web temprana, cuando era niño; en ese entonces, la NASA tenía una de las presencias más fuertes en la web. Recuerdo haber pensado que el paso de Io, el relé de la sonda y la inserción en la órbita de Júpiter eran demasiado para esperar que funcionaran en un solo día. Dio la casualidad de que la grabadora se atascó y tuvieron que cancelar todas las observaciones de Io.