Плоскость орбиты Юноны вокруг Юпитера не является плоскостью эклиптики. Как он попал в этот самолет?

Плоскость орбиты вокруг Солнца не связана напрямую с планетарной плоскостью гиперболы при приближении к Юпитеру или, соответственно, с орбитой вокруг Юпитера после выхода на орбиту. Плоскость и форма орбиты вокруг Солнца относительно экваториальной плоскости Юпитера определяют склонение его сближения с Юпитером. По сути, это отрицательная широта точки входа в атмосферу на Юпитере, если вы попытаетесь нацелить свой космический корабль на центр Юпитера. Величина склонения захода на посадку ограничивает то, насколько экваториальной может быть орбита, но не то, насколько она может быть полярной.

При приближении к телу ваша цель может находиться где угодно в плоскости, перпендикулярной траектории вашего приближения, практически без затрат. Эта плоскость называется B-плоскостью:

Для удобства вы выбираете точку на B-плоскости, которую вы бы пересекли, если бы там не было планеты или если бы у нее не было гравитации. Вы фактически пересекаете B-плоскость внутри этой точки из-за гравитации планеты. Вы можете выбрать, как далеко от центра планеты находится ваша целевая точка, и угол этой точки в любой точке планеты. Расстояние от центра определяет максимальное расстояние сближения или угол траектории входа в атмосферу. Угол определяет плоскость вашей траектории сближения относительно планеты, которая будет плоскостью вашей орбиты.

Ваше склонение захода на посадку определяет линию через центр планеты, входящую на широте, равной отрицательному склонению захода на посадку, с одной стороны, и выходя на широте, равной положительному склонению при заходе на посадку, с другой стороны. На схеме эта линия обозначена буквой «S». Представьте себе плоскость, содержащую эту линию, и вам разрешено вращать эту плоскость вокруг этой линии. Это ваши разрешенные орбитальные самолеты. Одной из таких плоскостей является «Плоскость траектории» на диаграмме. Так как ваш самолет должен пройти широту величины склонения захода на посадку, наклонение вашей плоскости орбиты к экватору планеты не может быть меньше этой. Если бы она была меньше, то ваша орбита не могла бы пройти через эту широту.

Склонение захода на посадку «Юноны» составляло около 8°. Затем, выбрав способ нацеливания на ближайшее сближение с Юпитером, которое может находиться в любом месте окружности вокруг Юпитера, вы можете выбрать любое конечное наклонение орбиты от 8° (прямой) до 90° (полярный) и 172° (ретроградный).

После выхода на орбиту вы можете выполнять маневры или обходы спутников, чтобы изменить плоскость орбиты, например, если вы хотите быть более экваториальной, чем позволяет геометрия захода на посадку. «Кассини» является чемпионом в этом, много раз резко меняя плоскость своей орбиты в ходе своей миссии на Сатурне, используя гравитацию Титана.

По сути, Юнона подошла к Юпитеру немного ниже его. Это позволило ему замедлиться до орбиты, которая проходит вокруг полюсов планеты. Во время своего путешествия к Юпитеру он находился под очень небольшим углом по отношению к плоскости орбиты Юпитера. Этот угол был определен бортинженерами при его запуске и уточнен с помощью двух маневров в дальнем космосе и облета Земли с помощью гравитации. Этого небольшого угла было достаточно, чтобы поместить корабль ниже Юпитера, потому что его путешествие было очень долгим. Более подробную информацию о траектории Juno можно найти в статье Spaceflight101 , которая включает в себя анимацию траектории Juno .

Как отмечалось в комментариях, путем выбора времени запуска и начальной траектории можно было добиться любого относительного наклона между Юпитером и космическим кораблем.

Тем не менее, хотя изменения плоскости, измеряемые в градусах , действительно дороги, для орбиты, выходящей на 5 а.е., один градус относительного наклонения соответствует отклонению примерно на 12 миллионов километров.

Если бы после пролета Земли центр управления полетом понял, что Юнона идет по курсу прямого столкновения с Юпитером, они могли бы сделать поправку на 1 метр в секунду «на север»; Затем Юнона пройдет над Северным полюсом Юпитера на расстоянии около 60 000 км. В солнечной системе отсчета это все еще орбита с малым наклонением; в отношении Юпитера он полярный.

Я предполагаю, что время запуска и координаты должны были быть оптимально спроектированы так, чтобы помощь гравитации уже позиционировала Юнону в наклонной плоскости намного больше, чем это было необходимо в конечном итоге, но корректировала длинную траекторию притяжением Юпитера в правильную точку входа.

У НАСА будет два инструмента для определения угла съемки: орбита Земли и ее осевое вращение.

Я предполагаю, что они намеренно разработали траекторию вовсе не в плоскости Солнечной системы, а в наклонной плоскости, извивающейся вверх и вниз в апогее своей орбиты по мере необходимости, катаясь на огромных американских горках. Снимаю шляпу перед Исааком Ньютоном.
цитата со страницы Википедии о зонде Улисс

для изменения наклонения орбиты космического корабля необходимо большое изменение гелиоцентрической скорости. Однако необходимое изменение скорости для достижения орбиты с большим наклонением около 80 ° намного превышало возможности любой ракеты-носителя.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ulysses_%28spacecraft%29 .