Можно ли «нанести на карту» межпланетную транспортную сеть?

Существует инструмент LTool от Мартина Ло из Лаборатории реактивного движения для расчета низкоэнергетических переносов по хаотическим траекториям вблизи точек Лагранжа.

• Мартин В. Ло и Роби С. Уилсон Пакет LTool http://www.ieec.fcr.es/libpoint/abstracts/lo2.pdf или копия http://www.ieec.cat/hosted/web-libpoint/abstracts /lo2.pdf
• Мартин Ло, Меморандум о доставке LTool Version 1.0G // JPL TRS 1992+, 29 сентября 2000 г. http://hdl.handle.net/2014/16203

Насколько я знаю, инструменты не являются общедоступными и используются внутри JPL.

Мартин Ло опубликовал несколько карт в своих статьях, например, в "The InterPlanetary Superhighway and the Origins Program" (2002) http://www.gg.caltech.edu/~mwl/publications/papers/IPSAndOrigins.pdf - см. рисунок 11 . -12 для карт Пуанкаре. Они показывают только основные возможности ИТН (МПС - межпланетная сверхмагистраль). Поиск точных путей затруднен из-за хаотичности ITN и многообразий.

Чтобы получить точную траекторию (рис. 16), Мартин Ло использовал "программу оптимизации траектории малой тяги MYSTIC/SDC, разработанную Грегори Уиффеном из JPL".

Области Лагранжа 1 и Лагранжа 2 являются центрами траекторий, которые защищают Росс, Ло, Мартин и Бельбруно. Себехели разработал уравнения для нахождения областей L1 и L2. Используя его уравнения, я сделал электронные таблицы L1 и L2 .

Представляет интерес параметр массы тела 3, обычно обозначаемый$\mu$.
$\mu=mass_{orbiting body}/(mass_{orbiting body} + mass_{central body})$

По мере движения центральных и вращающихся тел система Земля-Луна имеет изрядное$\mu$. Но Плутон и Харон еще крупнее.
Плутон/Харон 1.043E-01
Земля/Луна 1.216E-02
Солнце/Юпитер 9.545E-04
Солнце/Сатурн 2.856E-04
Сатурн/Титан 2.374E-04
Юпитер/Ганимед 7.789E-05
Юпитер/Каллисто 5.684E-05
Солнце /Нептун 5.153E-05
Юпитер/Ио 4.700E-05
Солнце/Уран 4.366E-05
Юпитер/Европа 2.526E-05
Сатурн/Рея 4.046E-06
Солнце/Земля 3.039E-06
Солнце/Венера 2.448E-06
Сатурн/ Диона 1.935E-06
Сатурн/Тетия 1.091E-06
Солнце/Марс 3.229E-07
Сатурн/Энцелад 1.935E-07
Солнце/Меркурий 1.659E-07
Сатурн/Мимас 7.037E-08
Марс/Фобос 1.682E-08
Солнце/Плутон& Харон 7.149E-09
Марс/Деймос 2.803E-09
Солнце/Церера 4.741E-10

Большой$\mu$образуют очень интересный набор траекторий, исходящих из шеек L1 и L2. Что-то, вытолкнутое наружу из EML2, полетело бы к апогею в 1,7 миллиона километров в простой системе Земля-Луна. А Солнце Земля L1 и L2 находится всего в 1,5 миллионах километров от Земли. Вот несколько траекторий из EML2 :

Как видите, некоторые шарики попадают в околоземные перигеи, а другие выбрасываются на гелиоцентрические орбиты вне сферы влияния Земли.

Выше корабль запускается в определенной фазе луны, установленной путем ввода барицентрической долготы солнца. Когда он проходит мимо Луны, лунный ассист поднимает апогей. В апогее приливное влияние солнца поднимает перигей, позволяя баллистическому скольжению до EML2. LEO на EML2 достигается со скоростью 3,1 км/с.

Это чем-то похоже на путь, который Белбруно использовал для спасения миссии Хайтен . Отметим, что Hiten уже достиг апогея в 290 000 км. 3,1 км/с уже были вложены, когда вмешался Бельбруно.

Является ли скорость 3,1 км/с от НОО до свободно связанной лунной орбиты новаторской и революционной? Нет . Маршрут Фаркухара от LEO до EML2 занимает всего 3,4 км/с. И путь Фаркухара составляет около 8 дней, тогда как поездки на край Сферы Холмов Земли и обратно занимают месяцы. Экономия 0,3 км/с — это хорошо, но, на мой взгляд, не сильно меняет правила игры.

Когда дело доходит до Солнца и скалистых планет внутренней Солнечной системы, параметр массы тела 3 ничтожно мал. Траектории из регионов L1 и L2 Солнца-Земли гораздо менее разнообразны и драматичны, чем траектории из EML1 и EML2.

Выше показаны гелиоцентрические орбиты, на которых будет следовать полезная нагрузка, если ее оттолкнуть от Солнца, Земли L1 и L2. Эти орбиты имеют большую полуось, мало отличающуюся от земной. Это означает, что синодический период довольно велик, около 20 лет для полезной нагрузки, полученной от SEL2. И когда 20 лет спустя полезный груз наконец достигает Земли, он находится примерно в 43º от перигелия. Земная гравитация не находится близко к Земле и не вносит существенных изменений в траекторию полезного груза.

Полезная нагрузка, выпущенная SEL2, вернется в окрестности Земли только через 160 лет.

Я сделал сообщение в блоге Pot Holes On the Interplanetary Super Highway . Шейн Росс, один из архитекторов ITN, оставил комментарий :

Холлистер, да, у супермагистрали определенно есть свои ограничения. Это было вдохновлено кометами, у которых есть много времени, но, конечно, мы не для планирования космических миссий (если мы не используем подход Глубокого Времени).

Я подозреваю, что гравитационные коридоры, которые естественным образом соединяют земные орбиты с марсианскими орбитами без топлива, действительно существуют, но для их достижения может потребоваться много времени (я думаю, тысячи лет полета между двумя планетами) . Но, используя некоторую движущую силу, мы можем сократить это время до нескольких десятилетий. Вероятно, это все еще слишком много времени для миссии, особенно пилотируемой, поэтому пока, вероятно, будут продолжать использоваться обычные подходы.

Было бы интересно попытаться наметить естественные связи между Землей и Марсом. Это должно было бы включать в себя концепцию многократной помощи силы тяжести или последовательной помощи силы тяжести, как обсуждалось в

http://www2.esm.vt.edu/~sdross/talks/DS07_2007_Keplerian_Map_Talk.pdf

http://www2.esm.vt.edu/~sdross/papers/multiple_gravity_assists.pdf

Шейн Росс, «евангелист» :)

Бельбруно и Топпоту нашли путь, используя двигатель. Это влечет за собой афелиевый ожог со скоростью 2 км / с, чтобы перейти по баллистической траектории к захвату Марса. Но скорость 0,7 км/с вблизи перицентра Марса также захватит полезную нагрузку на слабо связанную орбиту Марса. Так что на самом деле это на 1,3 км/с дороже , чем прямая орбита Хомана.

Эти пути интересны, когда речь идет о системах с большим$\mu$. Сюда входят Земля и Луна, газовые гиганты и их более крупные спутники, а также Солнце и газовые гиганты.

Однако отлетать с Земли в другие регионы Солнечной системы особого смысла нет. Отправляясь с Земли, полезно добраться до разных частей окрестности Земли и Луны, включая SEL1 и SEL2, но это все.

Как вы могли догадаться, когда-то я был большим поклонником возможностей ITN. Я потратил некоторое время и усилия на его изучение в надежде найти именно ту карту, о которой вы просите. Я почти отказался от этой надежды.