¿Por qué Mars Pathfinder tenía una velocidad de entrada a la atmósfera tan alta?

Me preguntaba cuál era la velocidad de entrada atmosférica más alta de cualquier módulo de aterrizaje en Marte, para los módulos de aterrizaje de entrada directa (a diferencia de los lanzados desde un orbitador), la velocidad de entrada atmosférica tiende a oscilar entre 5,6 km/s y 5,8 km/s. este es el caso de módulos de aterrizaje como Mars 3, Spirit, Opportunity y Curiosity y esta es la velocidad relativa que se espera para una transferencia Hohmann de la Tierra a Marte.

Por otro lado, para Pathfinder he encontrado referencias a que la velocidad de entrada atmosférica es de 7,5 km/s o incluso tan alta como 7,65 km/s, esto se explica en parte porque Pathfinder entra retrógrada, por lo que la rotación de Marte se suma a la relativa velocidad en lugar de restarle para una entrada prograde, pero esto solo debería representar una diferencia de alrededor de 0,4 km/s, lo que significa que Pathfinder todavía iba más de 1 km/s más rápido en relación con Marte que cualquier otro módulo de aterrizaje.

Inicialmente pensé que los números de Pathfinder que había encontrado podrían estar equivocados, pero hay numerosas referencias a una alta velocidad de entrada a la atmósfera, el valor más fidedigno que pude encontrar es 7.479 km/s de un artículo de NASA/JPL basado en una prueba posterior. el análisis de los hechos de la misión:

"Condiciones de entrada atmosférica mejor estimadas de Mars Pathfinder".

Algunas otras referencias a velocidades igualmente altas: 7,5 km/s , 7,6 km/s , 7,65 km/s

Basado en mi comprensión rudimentaria de las transferencias interplanetarias, asumiría que la alta velocidad de entrada se debe a un lanzamiento ligeramente "fuera de la ventana" que resulta en un encuentro subóptimo con Marte en comparación con una transferencia Hohmann, sin embargo, pude encontrar poca información sobre el lanzamiento. o lo que podría haberlo hecho inusual.

Una transferencia Hohmann entre la Tierra y Marte es imposible. Los planos orbitales de la Tierra y Marte están inclinados entre sí, y Marte tiene una órbita marcadamente no circular.
@DavidHammen no hay nada técnicamente incorrecto en lo que dice, pero no es como si la "órbita de transferencia de Hohmann" no se usara cuando se refiere a las transferencias interplanetarias del mundo real. Personalmente, cuando se aplica al mundo real, pienso que es la órbita de transferencia que está lo más cerca posible de ser bitangencial, y que probablemente también será la óptima local.
@BlakeWalsh Counter intuitivamente, la transferencia 'bitangencial' que (creo) que está imaginando es generalmente la transferencia menos eficiente entre planetas reales;)
@ BrendanLuke15 Me refiero a una de las transferencias menos eficientes
@ BrendanLuke15 para que quede claro, lo consideraría un ejemplo: commons.wikimedia.org/wiki/…
@BlakeWalsh, ¿una transferencia de casi 180°?
@DavidHammen Las órbitas que no son coplanares generalmente solo significan un poco más de una quemadura de inyección y, en el caso ideal, no cuesta nada. (El objetivo cruza el plano del origen en el tiempo de llegada de Hohmann y se elimina la velocidad cruzada en la atmósfera).

Respuestas (1)

Respuesta

Desde mi experiencia, las características de lanzamiento y llegada (velocidades) no están fuertemente correlacionadas para una ventana de lanzamiento determinada, aunque no sé por qué.

Es posible que haya oído hablar de ' Pork Chop Plots ' para describir (lanzamiento) los requisitos C3 (entre otra información) para una transferencia interplanetaria. Aquí hay uno que hice para un proyecto para enviar un módulo de aterrizaje a Venus:Ventana de lanzamiento a los requisitos de Venus C3.

Además de determinar los requisitos de lanzamiento C3, también puede determinar las características de llegada:Características de lanzamiento y llegada de la ventana Venus 2026L

Como se ve, las energías de lanzamiento y llegada mínimas locales (en verde) para una ventana de tiempo dada no necesariamente coinciden. Cabe señalar que lo que se muestra en el lado derecho de la llegada no es la velocidad de entrada sino el exceso de velocidad hiperbólico o la raíz cuadrada de C3, pero esto se puede usar fácilmente para encontrar la velocidad de entrada y es análogo a ella (mayor valor = mayor entrada). velocidad).

Mi mejor conjetura es que la necesidad de rendimiento del vehículo de lanzamiento (lanzamiento C3, lado izquierdo) superó la necesidad de una llegada de baja energía (velocidad de entrada [analógica], lado derecho) y el lanzamiento ideal C3 coincidió con una llegada menos que ideal velocidad para Mars Pathfinder. (Similar a lo que se muestra en la imagen)

Esto está respaldado por la masa de lanzamiento de 890 kg ( hoja de datos de NASA Pathfinder ) que está muy cerca del límite de rendimiento de su lanzador Delta II 7925 ( guía de planificadores de carga útil Delta II ):Rendimiento de carga útil de alta energía Delta II

(Estoy mirando alrededor del C 3 < 20 k metro 2 / s 2 marca como una suposición decente)

La hoja informativa incluso menciona que necesitaba "un módulo de asistencia de carga útil", básicamente una etapa adicional para darle más empuje para llegar a Marte, por lo que realmente necesitaban ese C3 de lanzamiento ideal.

Post Script Soapbox :)

Esto alude a un cambio de paradigma interesante en el pensamiento del diseñador de misiones sobre los vehículos de lanzamiento. Clásicamente, el vehículo de lanzamiento ha sido el componente de mayor costo de una misión, por lo que se hicieron muchos esfuerzos para reducir la necesidad de un vehículo de lanzamiento más grande y costoso. Hoy en día, los vehículos de lanzamiento son tan potentes y 'baratos' que se pueden abordar diferentes preocupaciones con un requisito C3 de lanzamiento no nominal.

Como ejemplo del mundo real, considere que la misión Mars Insight elige tomar un C3 y penalizar el rendimiento del vehículo de lanzamiento para lanzar desde California en lugar de desde Florida para un lanzamiento más eficiente en la costa este. No creo que esto tuviera ninguna justificación real más que permitir que la gente de California fuera testigo de un lanzamiento interplanetario mientras la nave espacial se enviaba desde Denver, CO de todos modos, según Wikipedia.

El impulsor del lanzamiento de Insight en la costa oeste fue la disponibilidad del sitio de lanzamiento, como se describe en la respuesta a esta pregunta .
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