Возможна ли солнечная траектория свободного возврата?

Можно ли управлять искусственными спутниками по траектории свободного возврата вокруг Солнца?

Нет. Чтобы приблизить спутник к Солнцу, требуется много энергии.

Parker Solar Probe использовала самую большую доступную ракету, чтобы осуществить действительно высокоскоростной запуск, а затем :

Parker Solar Probe будет использовать семь облетов Венеры в течение почти семи лет, чтобы постепенно сократить свою орбиту вокруг Солнца, приблизившись к Солнцу на 3,83 миллиона миль (6,16 миллиона километров), находясь в пределах орбиты Меркурия и примерно в семь раз ближе, чем любой космический корабль пришел раньше.

Итак, скоростной старт плюс связка гравитации помогают выйти на высокоэллиптическую орбиту с афелием вблизи Венеры:

Источник

Во-вторых, «траектория свободного возврата» на самом деле не применима к Солнцу. Аполлон-13 вышел на траекторию свободного возврата, используя Луну, чтобы отклонить свою траекторию обратно к Земле и захватить гравитационный колодец Земли.

Зонд Parker Solar находится на эллиптической орбите вокруг Солнца.

tl;dr: На узкий вопрос:

Возможна ли солнечная траектория свободного возврата?

Да, возможна траектория, которая начинается около Земли, огибает Солнце и возвращается в место около Земли.

Я не эксперт, но позвольте мне попытаться прояснить некоторые моменты:

1. Традиционно предусматривалась траектория свободного возврата, начинающаяся с большого тела, близкого к неподвижному (например, Земли), проходящего мимо небольшого тела, вращающегося вокруг него (например, Луны), а затем возвращающегося к большому телу.
2. Как указывает @Hobbes , вам нужен большой импульс, чтобы перейти с низкой орбиты вокруг большого тела на орбиту свободного возврата.
3. Орбита со свободным возвратом — это не обязательно то же самое, что и циклическая орбита ; если вы не сделаете перерывы после первого полного цикла и не вернетесь назад во второй раз, в большинстве практических случаев маленького тела не будет в следующий раз, и тогда вы окажетесь в рассоле.

Я придумываю новую фразу: «схема Дайсона».

Так что я думаю, что вы ищете периодические решения , и, безусловно, существуют квазипериодические орбиты 3-х тел, которые могут проходить попеременно около Солнца и около Земли. В действительности возмущения не позволили бы им быть квазипериодическими в течение очень долгого времени, но, по крайней мере, их можно было бы удерживать на месте.

Из этого ответа на вопрос Какие элементы орбиты используются для описания гало-орбит? :

Чрезвычайно крутая и красочная статья EJ Doedel et al, (2007) Элементарные периодические орбиты, связанные с точками либрации в круговой ограниченной задаче трех тел International Journal of Bifurcation and Chaos 17, 2625 (2007). https://doi.org/10.1142/S0218127407018671 строит систему иллюстраций, которые показывают все известные периодические орбиты в CR3BP (круговая ограниченная задача трех тел). Сюда входят многие виды или классы орбит, но исключаются орбиты Лиссажу , поскольку они в общем случае не являются периодическими. (примечание: игнорируйте рисунок в статье в Википедии!)

Вы можете и, вероятно, должны также загрузить статью с сайта ResearchGate без платного доступа , приготовить кофе, а затем провести шесть месяцев, наслаждаясь ею.

Вот несколько орбит трех тел, которые могут выполнять ту работу, которую вы ищете. Как уже упоминалось, в реальном мире вам пришлось бы включать некоторое удержание станции, чтобы поддерживать орбиту с течением времени. Изображения находятся во вращающейся рамке.

Эти изображения нарисованы в системе Земля-Луна, но можно представить и систему Солнце-Земля, где Луна на картинке — это Земля, а Земля на картинке — это Солнце.

Они схематически нарисованы, когда вы переходите к гораздо большему соотношению масс системы Солнце-Земля, формы изменятся.

Это не совпадение, что эти две орбиты напоминают две цис-лунные копланарные орбиты свободного возврата на последнем графике ниже!

Вернемся в 1963 год!

Ниже приведены четыре траектории свободного возврата, начинающиеся с орбиты Земли и проходящие мимо Луны. Они нарисованы во вращающейся системе отсчета, так что и Земля, и Луна привязаны к оси X этих графиков. Они взяты из Технической заметки НАСА D-1833; Траектории в пространстве Земля-Луна с симметричными свойствами свободного возврата, написанные в 1963 году Артуром Дж. Шванигером из Центра космических полетов Джорджа К. Маршалла.

В статье свободный возврат определяется:

Для пилотируемых исследований первыми полетами, скорее всего, будут такие «пролетные» полеты без плана посадки на Луну. Действительно, когда пилотируемая миссия должна приземлиться на поверхность Луны, может быть использована траектория «свободного возврата», так что в случае возникновения непредвиденных трудностей, которые сделают посадку нежелательной или невозможной (в частности, отказ двигательной установки снизить скорость корабля настолько, что чтобы сделать возможной посадку) космонавты благополучно вернутся на землю.

Все они являются траекториями свободного возврата, начинающимися и заканчивающимися вблизи Земли, и, за исключением особых случаев, работают только один раз. Вам нужен большой двигательный маневр, чтобы войти в один из НОО в начале, и вам нужен второй большой двигательный маневр, чтобы вернуться на НОО (или повторно войти в атмосферу), когда вы вернетесь на Землю.

Они называются симметричными, потому что вторая половина является почти зеркальным отражением первой половины.

Существуют определенные комбинации высот и скоростей инжекции, которые могут вызывать периодическое или цикличное поведение, но в целом они не будут приближаться к Луне очень близко.

В невращающейся рамке я думаю, что