Теоретический: как мы можем приземлиться на планету/луну, орбита которой движется в обратном направлении от Земли?

Представьте, что Марс вращался вокруг Солнца в противоположном направлении, чем сейчас. Если предположить, что Марс и Земля теперь движутся в противоположных направлениях, как мы можем приземлиться на Марсе? В частности, как будет выглядеть наша траектория и путь запуска?

Переводя это на более простые понятия, мы можем рассматривать Землю и Марс как две машины, едущие по прямому шоссе. В том виде, в котором они существуют сейчас, Земля и Марс будут двигаться по одной и той же стороне шоссе с относительно одинаковыми скоростями. Прыгнуть из одной движущейся машины (хотя и не рекомендуется) было бы относительно просто.

В этом теоретическом вопросе Земля и Марс будут двигаться по противоположным сторонам шоссе и будут иметь очень разные относительные скорости. Прыгать из одной движущейся машины в другую было бы чрезвычайно сложно. Единственный способ сделать этот прыжок, уменьшить относительную скорость, состоит в том, чтобы остановить автомобиль, а затем начать движение задним ходом, пока он не начнет движение задним ходом с той же скоростью?

Я полагаю, вы хотите как-то выйти на орбиту или приземлиться? Врезаться в него не должно быть слишком сложно.
Я бы принял ответы об орбите, но я ищу ответы о посадке. Я спросил о приземлении в теле моего вопроса, но добавил его в заголовок, чтобы было более понятно.
Это не ответ на ваш вопрос, но первые несколько миссий на Марс были пролетными. Облет вашего гипотетического Марса, обращенного назад, был бы не сложнее, чем в реальной жизни в 1960-х годах (но у них было бы меньше времени, чтобы сделать фотографии).

Ответы (5)

Хороший тепловой экран. Просто цельтесь в планету и используйте аэродинамическое торможение. Вы войдете в атмосферу со скоростью, аналогичной скорости, с которой зонд «Галилео» сбросил на Юпитер — мы сделали это тогда, мы можем сделать это снова.

Вы можете вернуться домой тем же путем.

Что касается запроса цифр: Зонд Галилео столкнулся с Юпитером на скорости 47 км/сек. Если вы столкнетесь с Марсом в самом дальнем от Солнца месте, его орбитальная скорость составит 22 км/сек, удвоенная до 44 км/сек, так как он движется не в том направлении. На самом деле это немного меньше, так как он не будет двигаться со скоростью 22 км/с тела на орбите Марса.

Аэродинамический тормоз будет сложным, учитывая, насколько тонка марсианская атмосфера, но это не то же самое, что сказать, что это невозможно. Вы можете пройти через атмосферу дважды — заходя на посадку по линии, которая будет касательной к поверхности после учета эффектов аэродинамического торможения. Вам также не нужно терять всю свою скорость — пока вы выходите со скоростью менее 5 км/сек, гравитация вернет вас обратно.

Я не верю, что это возможно для пилотируемой миссии, но в оригинале это не указано.

Не пойдет на Марс. Атмосфера слишком разрежена. У вас будет очень короткая фаза аэродинамического торможения с небольшим эффектом, за которой последует серьезная фаза литоторможения.
Не могли бы вы предоставить некоторые факты о скорости зонда и эффективной скорости обеих планет в этом сценарии. Насколько это похоже?
@MarkAdler Просто увеличьте площадь поверхности щита и войдите под крутым углом.
Баллистический коэффициент, который вам понадобится, будет смехотворно низким.
Фаза литобработки: я буду использовать это слово повторно. Хороший!
"тяжелая фаза литобрейдинга" может означать и "аварийную посадку" :)
@ Скотт: "Может"?? Что еще это может означать? У вас может быть незначительная фаза литобремения в успешной миссии — наблюдайте за Духом и Возможностью, но вы не можете сильно потерять скорость при столкновении и выжить.
Фазу отскока марсоходов Spirit и Opportunity можно охарактеризовать как умеренное лит-торможение. Жесткие версии того же самого будут работать для многих виброустойчивых предметов .... хотя с большим вращением и меньшим падением.
@Loren Pechtel, поэтому литобрейдинг может привести к аварийной посадке. Он замедляет корабль при ударе, и если удар слишком сильный, он разбивается.
@MarkAdler Я сомневаюсь, что это невозможно . Как предлагает Лорен, вам не нужно делать все за один раз. Вы можете использовать два или более прохода, ни один на прямом перекрестке.
Значит, раз в несколько лет вы совершаете краткий пролёт через атмосферу? Придется очень долго тормозить.
@GraphicsResearch Я не понимаю, как вы на самом деле получаете второй шанс. Я хочу сказать, что ваш первоначальный заход был направлен на то, чтобы скользнуть по поверхности планеты и вернуться обратно. Пока вы покидаете атмосферу со скоростью меньше космической, вы отступаете и можете закончить работу.
@LorenPechtel: После того, как вы сделали свой первый проход, ваша скорость уменьшилась, поэтому вы находитесь на другой траектории. Действительно, если ваша скорость ниже космической, это будет эллипс. Можно устроить так, что при "падении назад" аэротормоз будет на другой стороне планеты . Вы можете продолжать делать это для большего количества проходов по мере необходимости (хотя, если вы не можете замедлиться достаточно на два, я был бы удивлен; я все еще сомневаюсь, что одного будет недостаточно для Марса; просто идите достаточно низко).¶ Попробуйте представить орбиту с большим эксцентриситетом, которая проходит через атмосферу по обе стороны от планеты.
Если вы находитесь на орбите вокруг Марса, то ваша проблема уже каким-то образом решена. Вы должны были отменить почти всю свою относительную скорость, чтобы выйти на орбиту. Посадка с орбиты не проблема. Однако выход на орбиту в этом случае представляет собой огромную проблему.
@GraphicsResearch Вы будете на эллипсе, но эллипс будет простираться глубоко в атмосферу. Вы сделаете большую часть орбиты, затем снова войдете в атмосферу и больше не вернетесь.
@LorenPechtel: это не обязательно верно.
После первого аэродинамического торможения на орбиту внимание будет сосредоточено на самом Марсе, поэтому космический корабль упадет обратно и пройдет самую быструю часть своей орбиты через атмосферу (которая может быть на любой высоте). После этого космический корабль находится на более низкой энергетической орбите, но эксцентриситет зависит от точного маневра, поэтому он может легко повторить процесс. Удобнее всего менять высоту перигея с (очень маленькими) поджогами в апогее. Таким образом, вы можете сделать столько аэродинамических торможений, сколько захотите.
@GraphicsResearch Вы должны сбросить большую часть скорости на первом проходе, чтобы вообще оказаться на орбите. В этот момент сбрасывание остатка во втором проходе становится детской игрой.
@LorenPechtel, конечно. Но вы спросили, как это можно сделать. Как я уже говорил ранее, я сомневаюсь, что вам действительно понадобится больше одного прохода, не говоря уже о двух.
@GraphicsResearch У Марса довольно тонкая атмосфера. Добиться аэродинамического торможения будет непросто, и вам нужно сбросить почти 39 км/сек за один проход.
@GraphicsResearch: вам нужно выполнить арифметику. Ваша интуиция монументально ошибочна. Без слов. Числа.
@MarkAdler: я не ошибаюсь. Космический корабль делает несколько проходов в реальной жизни. См., например, Hiten-Hagoromo (два), Mars Global Surveyor (четыре месяца пролетов), Mars Odyssey (много) и Mars Reconnaissance Orbiter (пять месяцев пролетов).
@GraphicsResearch Но в нашей Солнечной системе нет ретроградных тел с атмосферой. Космические аппараты обычно сближаются не намного выше орбитальной скорости.
@LorenPechtel Да, но это влияет только на величину их относительных скоростей, а не на возможность маневра. Более высокие скорости действительно усложняют задачу с инженерной точки зрения, но не меняют фундаментальную физику.¶ Реальные космические корабли делают несколько проходов, чтобы предотвратить чрезмерный адиабатический нагрев на каждом проходе, но если у вас есть специальный тепловой экран, вы можете сгореть. все это отключается за один проход, как это делают сегодняшние посадочные модули.

Единственный практический способ, который я могу придумать, чтобы, возможно, замедлиться достаточно, чтобы приземлиться на ретроградном Марсе, — это облет Юпитера, чтобы в основном изменить направление вашей солнечной орбиты.

Почему бы не приблизиться к Марсу в лоб, а затем не вывести его на орбиту? У нас есть такие прочные теплозащитные экраны?
Аэрокапутация на марсианскую орбиту может оказаться невозможной из-за очень высокой скорости и очень тонкой марсианской атмосферы.
Почему Юпитер? Земля не сработает?
Земля не дает такого большого изгиба, как Юпитер. Может быть, вы могли бы сделать это с несколькими пролетами Земли и/или Венеры.

Основной процесс перехода с Земли на нормальный Марс без каких-либо маневров рогатки представляет собой переходную орбиту Хомана: придайте зонду достаточную скорость, чтобы вывести его на эллиптическую орбиту с перигелием на орбите Земли и афелием на орбите Марса, синхронизируя начните так, чтобы Марс был там, когда прибудет зонд. Второй прогон в афелии, чтобы сделать орбиту круговой, сравняв скорость с Марсом, и все готово.

Единственная разница, чтобы добраться до ретроградного Марса, это то, что сначала вам нужно убить Землю. 30 км/сек, затем прибавьте 30 км/сек обратно в обратном направлении, а затем сделать все ожоги Хомана. Итак, вы только что добавили Delta-V 60 км/сек до работы...

Не было бы эффективнее сделать обычный перенос Хомана и, возможно, применить изменение скорости на Марсе, поскольку его орбитальная скорость значительно ниже, чем у Земли (согласно ответу Лорен Пехтель 22 км / с).

Добраться до контрорбитального «Марса» можно с помощью солнечного паруса, который использует Солнце, чтобы «провернуть» его гелиоцентрическую орбиту в обратном направлении. Как уже упоминалось, Юпитер также можно использовать таким образом, так что просто выбирайте. В любом случае траектория вашего сближения с планетой будет в том же направлении, что и планета. Динамика выхода на орбиту и посадки такая же, как и для настоящего Марса.

Для миссии с солнечным парусом время полета будет зависеть от массы полезной нагрузки, связанной с массой паруса и площадью паруса, с характерными ускорениями, зависящими от того, насколько близко вы хотите подойти к Солнцу во время фазы запуска двигателя.

Такие миссии не более сложны для солнечного паруса, чем для реального случая.

Проблема похожа на никогда не совершённую встречу с кометой Галлея. План миссии включал использование близкой гелиоцентрической орбиты (0,25 а.е.), чтобы наклонить орбиту до 145 градусов. Еще 35 градусов, и все было бы полностью изменено. Этот запуск занял бы около 440 дней. Если бы это было сделано в 1 а.е., с доступным ускорением только около 1/6, это заняло бы много лет. Для данной задачи наклон должен был бы составлять 180 градусов, и тогда парус должен был бы лететь по более или менее обычной, но обратной траектории к противоположной Марсу. Хорошо, что проблема не включала возвращение на Землю.

Лучшими ссылками на это являются книги доктора Роберта Форварда (JPL) «Космическое плавание» или «Солнечные паруса» Вулпетти, Джонсон и Майтлофф. Оба являются авторитетными и всеобъемлющими работами.

Во-первых, современные технологии и общепринятые теории:

К сожалению, ключевой момент в этом вопросе:

Единственный способ сделать этот прыжок, уменьшить относительную скорость

Ответ положительный. На самом деле все сводится к сохранению импульса или, точнее, к сохранению углового момента .

Ваш космический корабль на Земле имеет фиксированный угловой момент вокруг Солнца. Некоторые люди часто думают, что это можно обойти:

1) Как бы вы ни меняли положение своего космического корабля, угловой момент остается прежним.

2) Если вы придадите космическому кораблю угловой момент вдоль другой оси, чтобы он вращался вокруг Солнца по полярной орбите, он все равно не будет иметь правильный угловой момент, когда он достигнет 180 градусов от своего начального положения, потому что он все еще имеет свой первоначальный угловой момент. импульс.

По сути, если вы хотите сопоставить скорость с ретроградным Марсом, вам нужно будет изменить вектор углового момента на противоположный (и увеличить величину).

Теперь более интересные концепции, которые могут решить проблему:

Первый необычный метод, который приходит на ум, — это привод Алькубьерре , в основном из-за того, что этот вопрос задавали недавно. Мне кажется, что с помощью такого привода можно было бы сместить свой космический корабль на противоположную сторону солнца. В какой момент космический корабль будет двигаться в том же направлении, что и ретроградный Марс , ЕСЛИ двигатель Алькубьерре может перемещать объект в одном измерении (например, в направлении X), в то время как скорость объекта перпендикулярна. Я не вижу какой-либо непосредственной причины, по которой этот тип привода не будет работать здесь (или, по крайней мере, не больше причин, чем он работает где-либо еще), так что это возможно.

Второй необычный метод, который приходит на ум, — это очень научно-фантастическая идея червоточин. Теоретически может существовать червоточина, соединяющая противоположные стороны подлодки, где относительная скорость двух объектов будет намного ближе. В чем-то похож на привод Alcubierre. Проблема здесь в том, что некоторые современные представления о червоточинах сводятся к тому, что они очень маленькие. Мы говорим о том же масштабе, что и планковская длина горловины червоточины. Также удачи в попытке создать его; этот патент должен помочь вам начать!

+1 за то, что добрался до сути проблемы, углового момента. Теперь позвольте мне вернуться к созданию моего генератора червоточин St. Clair: wemustknow.wordpress.com/2010/09/22/…