Сколько времени потребуется New Horizons, чтобы достичь Плутона без рогатки Юпитера?

Здесь было сказано , что время достижения Плутона сократилось на 3 года. Также сообщается, что после облета Юпитера аппарат набрал ~ 4 км/с, разогнавшись до скорости 23 км/с относительно Солнца. Мы можем использовать простую кеплеровскую оценку (игнорируя все сложности фактической орбитальной механики), чтобы получить скорость, когда зонд приближается к Плутону,

$$\begin{equation} \frac{v_1^2}{2}-\frac{\mu}{R_1}=\frac{v_2^2}{2}-\frac{\mu}{R_2} \end{equation}$$ Это дает ~8 км/с без облета и ~15 км/с с облетом. Эта простая оценка не говорит вам, какой была бы относительная скорость Плутона без пролета Юпитера, но, учитывая его текущую орбитальную скорость ~ 5,5 км/с и скорость убегания ~ 1,2 км/с, можно с уверенностью предположить, что даже в лучшем случае В случае сценария это все равно будет ~ 4 км / с вместо ~ 13,8 км / с, поэтому мы говорим о пролете Плутона в 3 раза дольше в лучшем случае.

Чтобы облететь Плутон без облета Юпитера, зонду все равно пришлось бы выполнить маневр выведения, потеряв даже в лучшем случае ~ 3 км / с, тогда как у него был запас дельта-v всего 290 м / с. Конечно, зонд можно было бы запустить таким образом, чтобы он приближался к Плутону с очень низкой относительной скоростью, но тогда его орбитальный период составлял бы около половины периода обращения Плутона, поэтому мы говорим о ~50-летнем путешествии к Плутону. Орбитальный аппарат должен был быть специально разработан для этой миссии, намного тяжелее из-за ускорителя, необходимого для его выведения, и, следовательно, для его запуска потребовалась бы другая ракета-носитель.

Другое дело, что орбита Плутона имеет довольно значительное наклонение. Большая часть дельта-v при запуске будет потрачена на то, чтобы вывести зонд на достаточно наклонную орбиту, что приведет к гораздо более низкой скорости, чем дает эта наивная оценка. Пролет Юпитера бесплатно наклонил свою орбиту.

Более высокая скорость также означает, что New Horizons сможет достичь других объектов пояса Койпера за гораздо более короткое время. Например, ожидается, что он пройдет всего в 3500 км от (486958) MU 2014 года.$_{69}$уже в 2019 году.

И, конечно, Юпитер интересен сам по себе. Его пролет позволил получить некоторые дополнительные научные данные.

В зависимости от времени запуска было 4 различных основных плана для профиля миссии NH. Первые 3 были связаны с облетом Юпитера и имели дату прибытия в 2015, 2016 или 2017 году. Последний был прямым облетом, который, как я полагаю, должен был быть в 2019-2020 годах, согласно этой статье (.

Что касается научной ценности, то более медленное движение через систему позволило бы сделать еще несколько фотографий, с большим риском для космического корабля и пропуском пролета Юпитера. Но самое главное, это то, что на самом деле оказалось не проблемой, а только после запуска миссии. При запуске NH предполагалось, что атмосфера Плутона замерзнет . На самом деле Плутон находится почти на максимальном сближении с Солнцем, что было в 1999 году, и когда он запускался, считалось, что атмосфера замерзнет по мере удаления от Солнца. В более ранней временной шкале было больше шансов увидеть эту атмосферу вместе с более четким ландшафтом (не покрытым замороженным азотом). Дальнейшее моделирование показало, что это маловероятно, но только в 2014 году.

Суть в том, что путь сближения с Юпитером был лучшим. Выгода от более медленного сближения была бы незначительной, а научная награда за пролет Юпитера была бы намного выше.