Сколько времени нужно для проектирования межпланетной траектории?

Большой вопрос в том, когда вы начинаете отсчитывать время и когда останавливаетесь? Для MESSENGER (вы упомянули, что вас больше всего интересует работа Джеймса В. МакАдамса по его траекторному анализу, за что он был назван Балтиморским отделением AIAA инженером года 2008 г.), МакАдамс сам начинает одну из связанных публикаций ( MESSENGER MERCURY ORBIT TRAJECTORY DESIGN , AAS 03-209, PDF) как:

После почти трех десятилетий исследований космических кораблей на орбите «Меркурий» недавние улучшения в конструкции баллистических траекторий и технологии космических кораблей открыли двери для недорогих вариантов миссий.

И далее в том же документе:

За последние 15 лет космические агентства по всему миру вложили значительные средства в исследования «всеобъемлющих» орбитальных миссий Меркурия, которые часто требуют усовершенствованной двигательной установки, двух орбитальных космических аппаратов, а иногда и посадочного модуля или проникающего модуля.

Как видите, трудно точно определить, когда начался анализ траектории MESSENGER. Поэтому я бы предложил посмотреть, когда стала доступной конкретная информация о миссии, чтобы можно было уточнить ее окончательную траекторию. Я бы предложил дату публикации Объявления о возможностях программы Discovery 1998 года (AO), в котором (цитируя УЛУЧШЕНИЯ В ОПТИМИЗАЦИИ ТРАЕКТОРИИ ДЛЯ ПОСЫЛЬНИКА: ПЕРВАЯ МИССИЯ MERCURY ORBITER , AAS 01-458, PDF):

... введены ограничения на даты запуска, доступные ракеты-носители и общую стоимость миссии. Тепловая защита, массовая доля топлива и комплексная научная полезная нагрузка оставляли один выбор - Delta 2925H-9.5 (ранее 7925H-9.5), которая является одноразовой ракетой-носителем с высочайшими характеристиками, разрешенной в Discovery. Delta 2925H-9.5 запускается со станции ВВС на мысе Канаверал, тем самым ограничивая отклонение асимптоты запуска (DLA) до ± 28,5˚ без ухудшения характеристик. Руководство AO о том, что «запуск миссии каждые 12–24 месяца», требование AO «чтобы запуск мог состояться к 30 сентября 2004 г.» и запуск миссии Discovery (CONTOUR), назначенный на 1 июля 2002 г., ограничивают любой MESSENGER. базовые и резервные возможности запуска начинаются и заканчиваются в период с 1 июля 2003 г. по 30 сентября 2004 г.

Объявление о возможностях: программа Discovery, НАСА AO 98-OSS-04, было опубликовано 31 марта 1998 г.

Так что теперь все, что вам нужно сделать, это решить, когда прекратить рассмотрение любой работы, проделанной по первоначальному анализу траектории MESSENGER. Возможно, его дата запуска 3 августа 2004 года? Или, может быть, его первый пролет над Меркурием в январе 2008 года? Зависит от того, какую часть его траектории вы хотели бы включить в это ваше время, но MESSENGER в настоящее время все еще находится в своей расширенной миссии с 17 марта 2012 года. И его траектория все еще разрабатывается и периодически корректируется. Ваш звонок.

Также для довольно интересного чтения вот диссертация Такуто Ишимацу на степень магистра наук в области аэронавтики и астронавтики в Массачусетском технологическом институте: анализ межпланетных траекторий для миссий на Марс в 2020–2040 годах, включая возможности облета Венеры (35,61 Мб PDF). И если вас интересуют более запутанные траектории, я бы посоветовал посмотреть на работу над ICE/ISEE-3 . Это просто фантастика, но над ним все еще работают , спустя 36 лет после его запуска. В настоящее время у меня нет хорошей ссылки на его дизайн траектории, но его не должно быть слишком сложно найти с помощью веб-поиска, в последнее время это было во всех новостях.

Итак, вы проделали всю работу по выбору типа траектории, выбрали оптимальную точку для достижения цели, определились с 60-дневным окном запуска... предпочитают быть доставленными в любой момент в течение всего этого периода. Нужно больше решений! Почти 30 лет назад процесс этого шага для использования с инерционным разгонным блоком (IUS) для миссий Magellan, Galileo и Ulysses включал JPL создание десятков ограниченных по времени перекрывающихся наборов требуемой энергии и спецификаций исходящих асимптот в полиномиальной форме, которые загружались как данные. в систему наведения IUS в качестве целей. На данный момент вы все еще не можете пойти в отпуск. Лаборатория реактивного движения также построила матрицы добротности, которые были полезны для оценки стоимости космического корабля из-за ошибок ввода (в основном для оценки дельта-V маневра через 10 дней после запуска). Они использовались для принятия решений в режиме реального времени во время миссии разгонного блока. Вероятно, им потребовалась пара месяцев только для того, чтобы продумать всю эту миссию. (На самом деле, я предполагаю, что они сделали это дважды. Один раз для использования в разработке и один раз как можно ближе к запуску... заканчивая что-то вроде L-6 месяцев.)