¿Es posible llegar al Sol sin gastar combustible/masa de reacción?

Imagina que estoy diseñando una sonda espacial, que inicialmente se colocará en una órbita similar a la de la Tierra alrededor del Sol.

Mi objetivo es que la sonda vuele/caiga en el Sol; se permite que se tome todo el tiempo que necesite para hacerlo, siempre y cuando llegue al final.

Ahora la parte difícil: dado que el enfoque de cohetería de fuerza bruta para hacer esto requeriría mucho combustible, me gustaría que mi sonda pudiera lograr su objetivo sin usar ningún tipo de cohetes (excepto los necesarios para conseguirlo). a su posición inicial, por supuesto).

¿Hay alguna manera de hacer esto, por ejemplo, usando una vela solar y virando contra el viento solar? Si es así, ¿cuánto tiempo podría tomar? (Sé que la sonda solar Parker está usando la gravedad de Venus para ayudarlo, pero presumiblemente esa técnica requiere una trayectoria inicial que la acerque a Venus, que mi sonda no tendrá)

Respuestas (1)

Si ya estás en una órbita solar, entonces sí. Puede usar una vela en ángulo y enviar los reflejos de forma progresiva. El resultado es reducir su energía orbital y entrar en espiral.

Recuerdo que era un problema de física estándar encontrar el ángulo que maximizaba la transferencia de energía (no son 45 grados).

El tiempo de viaje depende de la masa de su artículo y del tamaño de su vela. También depende del flujo solar, que aumentará a medida que te acerques al Sol.

La página wiki sobre velas solares tiene una sección sobre el tiempo para llegar a los planetas interiores desde la Tierra con alguna posible embarcación. Con cargas útiles razonables, son unos pocos años para Mercury. Eso es más de la mitad del camino hacia el Sol, y la energía es mucho mayor allí. Entonces, probablemente menos de un 25% adicional de tiempo para llegar al punto más cercano.

Ángulo de vela óptimo

Esta es una adición menor (porque es constante en todas las distancias), pero para agregar en la derivación:

La potencia que obtienes de la vela es la radiación total incidente en la vela multiplicada por el componente del cambio de momento en la dirección de la barra en V.

PAG = yo Δ pag v
La intensidad entrante es proporcional al coseno del ángulo de la vela, mientras que el componente de barra en V de la luz reflejada es proporcional al seno del doble del ángulo.

PAG = porque ⁡ ( θ ) pecado ⁡ ( 2 θ )
El máximo se encontrará en una raíz de la derivada.
d PAG d θ = 2 porque ⁡ ( θ ) porque ⁡ ( 2 θ ) − pecado ⁡ ( θ ) pecado ⁡ ( 2 θ )
2 porque ⁡ ( θ ) porque ⁡ ( 2 θ ) = pecado ⁡ ( θ ) pecado ⁡ ( 2 θ )
Vía Wolfram
θ = 2 π − 2 broncearse − 1 ⁡ ( 5 − 2 6 ) = 35.26 ∘

"el poder es mucho mayor allí" Pero también lo es la diferencia de energía. No he hecho los cálculos, esa podría ser otra pregunta.
Como nota al margen: potencialmente podría llegar al Sol más rápido aumentando la energía orbital al principio y luego obteniendo una asistencia de Júpiter para eliminar la mayor parte de su velocidad orbital y tal vez una asistencia final en el camino de regreso para apuntar al Sol. ¡Este era el plan de misión original de Parker Solar Probe!
@Jack, cierto para una quemadura química, pero probablemente no aquí. Júpiter debilita bastante la energía solar disponible. Llevaría mucho tiempo llegar a Júpiter girando en espiral solo con energía solar. La página Wiki sugiere que se puede llegar a Marte y Mercurio en tiempos similares.
¿Por qué asumes que debe llegar a Júpiter saliendo en espiral? Quieres un encuentro de alta velocidad, no una cita. "Quema" progrado mientras estás cerca del sol para elevar tu apoapsis, "quema" retrógrado mientras estás lejos para bajar tu periapsis. La mayor parte de tu aceleración ocurre mucho más cerca que Júpiter.
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