¿Qué factores harían necesario el mantenimiento de la posición de un satélite Areoestacionario de Marte?

Esta respuesta me introdujo a la palabra órbita areoestacionaria - (pista, viene de Ares), una órbita que permanecería estacionaria sobre un punto en el ecuador de Marte.

El artículo menciona que la interacción gravitacional con las dos lunas de Marte , Fobos en particular, sería un factor que requeriría el mantenimiento de la estación.

Este documento de 2012 analiza ubicaciones en el campo de gravedad de Marte donde sería posible una órbita areoestacionaria debido a pequeñas variaciones en el campo de gravedad del planeta. Ciertos puntos parecen ser ligeramente estables, y los satélites colocados en ciertos lugares particulares sobre el ecuador marciano tenderían a permanecer allí, aunque estarían orbitando estos lugares unos pocos grados. Si el bamboleo es demasiado grande , de alguna manera derrota la parte "estacionaria". Tendrías que hacer un poco de dirección, y en ese punto sería mejor llamarlo simplemente una órbita sincrónica. (Los platos fijos serán reemplazados por arreglos en fase dirigibles mucho antes).

Sin embargo, una vez que comencé a ver términos como matriz monodrómica y órbitas heteroclínicas en ese artículo, decidí preguntar aquí.

Pregunta: ¿Qué factores harían necesario el mantenimiento de la posición de un satélite Areoestacionario de Marte? ¿La atracción de las lunas desestabilizaría las órbitas en los puntos areoestacionarios gravitacionales naturales de Marte durante un período de años, lo que requeriría un mantenimiento de la posición?

Respuestas (1)

¿Qué factores harían necesario el mantenimiento de la posición de un satélite Areoestacionario de Marte?

El campo gravitacional bastante grumoso de Marte, la gravedad del Sol, las dos lunas de Marte, las mareas de cuerpo sólido y la presión de la radiación solar.

Ese artículo de 2012 abordó (en parte) el campo gravitacional bastante grumoso de Marte, pero no abordó ninguno de esos otros factores perturbadores. Esos otros factores existirán, incluso en los supuestos puntos estacionarios investigados en ese artículo. Esos puntos estacionarios también existen para satélites geosíncronos. Sin embargo, para un satélite geosíncrono, la penalización de combustible por no estar cerca de uno de esos puntos estacionarios es pequeña. Las perturbaciones de la Luna y el Sol dominan, lo que requiere una cantidad considerable de combustible (alrededor de 40 m/s por año) para el mantenimiento de la estación norte-sur. El presupuesto total de mantenimiento de la posición de un satélite geoestacionario es de unos 50 m/s por año.

Ese mantenimiento de la posición norte-sur seguirá siendo necesario para un satélite aeroestacionario. La inclinación axial de Marte es un poco mayor que la de la Tierra. Esta inclinación hace que las órbitas de las órbitas ecuatoriales se inclinen debido a los efectos del tercer cuerpo (por ejemplo, el Sol, la Luna en el caso de la Tierra y las dos lunas de Marte en el caso de Marte). La presión de la radiación solar hace que las órbitas circulares se vuelvan no circulares. Seguirá siendo necesario el mantenimiento de la estación, incluso en las proximidades de esos puntos estacionarios.

OK, creo que entiendo - mientras que el campo grumoso de Marte puede tender a mantener un satélite en órbita cerca de un punto estacionario, las lunas de Marte aún pueden excitar el movimiento norte-sur. Las lunas están más cerca y orbitan mucho más rápido, pero también tienen una masa mucho menor que la Luna de la Tierra. ¿Hay alguna forma de estimar aproximadamente (o leer sobre) si es lo suficientemente fuerte como para tener un efecto durante, digamos, 10 años?
El sol también es un factor importante, @uhoh. Una forma de obtener una estimación aproximada es modelar Fobos y Deimos como anillos de masa y aplicar la teoría de la perturbación (p. ej., ecuaciones de movimiento planetario) y promediar en el tiempo. No voy a hacer eso; es mucho trabajo. Una alternativa es utilizar una simulación numérica. Necesitará un modelo de rotación de Marte, un modelo de gravedad de Marte, efemérides para el Sol, Marte, Fobos y Deimos, un buen integrador numérico (por ejemplo, no RK4) y un controlador (el control perfecto debería ser suficiente) que mantenga la inclinación, deriva y excentricidad dentro de los límites. También demasiado trabajo.
Sacando un número del cielo azul claro, diría que del orden de 10 m/s por año para el mantenimiento de una órbita aeroestacionaria cerca de uno de esos puntos estacionarios. Ese "en el orden de" me da mucho margen de maniobra. 3,4 m/s está dentro de ese rango, al igual que 32 m/s.
Me encontré con adsabs.harvard.edu/full/1977SvA....21..513Z al hacer clic en "imprimir este artículo" se obtiene el pdf. para la tierra, λ 22 ≈ − 15 ° pone el C 22 máximo (bien, potencial mínimo) a 15° de longitud Oeste también. Esta longitud sería un ejemplo del punto estacionario que has mencionado, ¿no?
¿Cómo se compara el efecto del tercer cuerpo de Júpiter entre GEO y AREO (órbitas estacionarias)?
@costrom - No mucho. Lo más cerca que Júpiter llega a Marte es de 3,5 unidades astronómicas, y esos encuentros son raros y de corta duración. Eso es más del doble de la distancia media entre Marte y el Sol. Eso por sí solo hace que la contribución de Júpiter sea menos de una décima parte de la del Sol debido a la relación inversa del cubo de los efectos del tercer cuerpo. Divida por 1000 (la relación entre la masa de Júpiter y la del Sol) y obtendrá un efecto muy pequeño.
@DavidHammen para estar seguro, es un efecto muy pequeño, pero no despreciable en las propagaciones a largo plazo. Acabo de verificar la distancia más cercana entre la Tierra y Júpiter y en ~ 4 AU, estoy de acuerdo en que la magnitud no debería cambiar mucho.
¿Qué factores harían necesario el mantenimiento de la posición de un satélite Areoestacionario de Marte?
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