Когда следующий состав Outer Planet (Вояджер)

Состав происходит раз в 175 лет. Окно запуска в последний раз, когда это выравнивание происходило, было с 1976 по 1980 год [1], поэтому в следующий раз оно откроется примерно в 2151-2154 годах.

Еще одна миссия, подобная «Вояджеру», может быть запущена в любое время. У нас есть технология для этого, но стоимость организации такой миссии за пределами стартового окна Гранд-тура будет намного выше, потому что космическому кораблю потребуется больше топлива, чтобы иметь возможность изменять свою траекторию для перемещения с места на место. Такая миссия также займет больше времени, ссылаясь на тот же источник, что и выше, Гранд-тур займет «... от восьми до тринадцати лет, в зависимости от траектории, по сравнению с тридцатью годами только для прямого полета к Нептуну. маневр под названием помощь гравитации"

Прелесть помощи гравитации в том, что вы используете гравитационное поле большого тела, чтобы изменить курс. Распространенным заблуждением является то, что помощь гравитации увеличивает скорость, но на самом деле она не меняется. Точнее будет сказать, что сила тяжести меняет направление, поскольку скорость — это и величина (скорость), и направление.

Если я правильно помню из исследования этих траекторий, которое я провел пару лет назад, «Вояджеры» сэкономили около 30 км/с дельта-v, используя гравитационную помощь. Я не могу найти источник для этого в данный момент, но я откопаю свои заметки и посмотрю, смогу ли я подтвердить. Но 30 км/с — это огромная экономия, так как большинство космических аппаратов за пределами Солнечной системы запускаются только с дельта-v в несколько сотен м/с, которые они могут потратить на выполнение маневров [2].

[1] http://history.nasa.gov/SP-4219/Chapter11.html

[2] Дельта-V маневров в дальнем космосе в дальних космических миссиях, таких как «Вояджер» или «Пионер».

Как сказал @Nickolai, состав из четырех планет встречается редко. Составы из 3-х планет немного более распространены . New Horizons использовал единственную гравитационную помощь (Юпитер), чтобы добраться до Плутона.
Миссии типа Grand Tour будут редкостью: акцент сместился на миссии, которые более подробно изучают одну планету. Многие из этих миссий были разработаны, чтобы ответить на вопросы, поднятые пролетами "Вояджера".
Вы можете возразить, что Dawn проводит тур по поясу астероидов, и есть план миссии для другого зонда, который посетит 6 астероидов. Не так грандиозно, как 4 внешние планеты, но основная идея та же: первоначальное исследование, за которым последуют более подробные исследования.

Следующее выравнивание для большого путешествия произойдет примерно через 175 лет как следствие периодов обращения четырех внешних планет. Доминирующим фактором является орбитальный период Нептуна ~ 165 лет, который устанавливает «низкочастотный» интервал, определяющий общий период. Долгий период обращения Урана также играет большую роль, но тот факт, что его период составляет 84 года (или почти ровно половина периода обращения Нептуна), помогает сохранять «резонансность» многих вещей в том смысле, что примерно через 168 лет Уран возвращается. в то же место, где он был, и за это время Нептун также находится почти в том же месте. Орбитальный период Сатурна составляет от 29 до 30 лет, а Юпитера - около 12 лет, поэтому они чаще возвращаются в одни и те же места относительно Солнца, поэтому их влияние на растяжение "большого путешествия" период немного ниже. Но подумайте, что могло бы произойти, если бы, скажем, орбитальный год Сатурна составлял 70 земных лет. Он вернется к тому, с чего начал, всего через 70 лет (слишком рано для выравнивания Урана и Нептуна), 140 лет (также слишком рано для выравнивания Урана и Нептуна) и 210 лет (слишком поздно для выравнивания). тур). В каком-то смысле вы можете думать о феномене выравнивания, как о игре на аккорде на гитаре. Ноты не одинаковы на каждой струне, но если они с правильными интервалами, вы получаете что-то, что звучит хорошо, и у вас есть своего рода резонанс. Уран и Нептун находятся примерно в октаве друг от друга. Юпитер и Сатурн находятся на более высоких нотах в нотах, но они работают, и период тура становится разумным. d вернуться к тому, с чего все началось, всего через 70 лет (слишком рано для выравнивания Урана и Нептуна), 140 лет (также слишком рано для выравнивания Урана и Нептуна) и 210 лет (слишком поздно для тура) . В каком-то смысле вы можете думать о феномене выравнивания, как о игре на аккорде на гитаре. Ноты не одинаковы на каждой струне, но если они с правильными интервалами, вы получаете что-то, что звучит хорошо, и у вас есть своего рода резонанс. Уран и Нептун находятся примерно в октаве друг от друга. Юпитер и Сатурн находятся на более высоких нотах в нотах, но они работают, и период тура становится разумным. d вернуться к тому, с чего все началось, всего через 70 лет (слишком рано для выравнивания Урана и Нептуна), 140 лет (также слишком рано для выравнивания Урана и Нептуна) и 210 лет (слишком поздно для тура) . В каком-то смысле вы можете думать о феномене выравнивания, как о игре на аккорде на гитаре. Ноты не одинаковы на каждой струне, но если они с правильными интервалами, вы получаете что-то, что звучит хорошо, и у вас есть своего рода резонанс. Уран и Нептун находятся примерно в октаве друг от друга. Юпитер и Сатурн находятся на более высоких нотах в нотах, но они работают, и период тура становится разумным. В каком-то смысле вы можете думать о феномене выравнивания, как о игре на аккорде на гитаре. Ноты не одинаковы на каждой струне, но если они с правильными интервалами, вы получаете что-то, что звучит хорошо, и у вас есть своего рода резонанс. Уран и Нептун находятся примерно в октаве друг от друга. Юпитер и Сатурн находятся на более высоких нотах в нотах, но они работают, и период тура становится разумным. В каком-то смысле вы можете думать о феномене выравнивания, как о игре на аккорде на гитаре. Ноты не одинаковы на каждой струне, но если они с правильными интервалами, вы получаете что-то, что звучит хорошо, и у вас есть своего рода резонанс. Уран и Нептун находятся примерно в октаве друг от друга. Юпитер и Сатурн находятся на более высоких нотах в нотах, но они работают, и период тура становится разумным.

Частью того, что делает такой тур привлекательным (помимо того, что вам не нужно путешествовать на одну сторону Солнца, чтобы добраться до одной планеты, и на другую сторону, чтобы добраться до следующей), является то, что гравитация помогает изменить импульс. возможный. Помните, что вектор импульса имеет как направление, так и скорость, и при гравитационном взаимодействии между зондом и планетой зонд может обмениваться импульсом с планетой, тем самым изменяя свое направление и скорость. (Кроме того, он в незначительной степени изменяет направление и скорость планеты по мере ее прохождения, поскольку энергия сохраняется, а дополнительная энергия, которую может получить зонд, должна откуда-то поступать. количество зондов, прошедших мимо планеты, прежде чем вы существенно изменили ее орбиту.)

Когда вы путешествуете мимо планеты впереди нее, гравитация планеты находится позади вас, и она тянет вашу массу (и ваш вектор импульса, оттягивая вас назад и замедляя). Если вы выходите на орбиту, противоположную направлению ее движения, ваша масса (в бесконечно малой степени) оказывает гравитационное притяжение, замедляя планету, в то время как планета притягивает вас, передавая вам энергию. и бросает вас вперед. Затем ваш вектор импульса меняет как скорость, так и направление, и вы перемещаетесь на следующую планету намного быстрее.

Вы можете сравнить этот эффект с буксировкой одной машины за другой с помощью веревки. Если у машины впереди работает двигатель, а у машины сзади нет, то машина впереди тратит энергию на ускорение машины сзади. И тот, что сзади, крадет энергию у того, что впереди, который потреблял бы гораздо больше бензина, если бы не использовался в качестве тягача.

Стоит упомянуть этот «обмен импульсом через гравитацию», потому что он также влияет на то, как миссии «Аполлон» добрались до Луны. Один из моих любимых патчей миссии — это патч от Аполлона-8, на котором изображена цифра 8 вокруг Луны. («Аполлон-8» был первой миссией, совершившей полет на Луну.) Можно было бы просто списать это на крутую графику и игру с числом 8, но на самом деле это реальная траектория, по которой шел космический корабль. Он фактически сжег свой транслунный впрыск (TLI), чтобы выйти на очень высокую эллиптическую орбиту вокруг Земли, если бы он также не поставил космический корабль на пути приближающейся Луны. Вместо этого, находясь достаточно далеко от Земли, корабль был захвачен лунной гравитацией, когда он шел впереди Луны. И именно этот отрицательный обмен энергиейлуна с Аполлона-8, которая замедлила корабль настолько, что он был захвачен на орбиту. Если бы «Аполлон-8» приблизился с другой стороны (из-за Луны), лунный импульс был бы передан кораблю , и он продолжил бы свой путь в дальний космос. Возвращаясь домой, сгорание двигателя на корабле дало Аполлону-8 достаточный импульс, чтобы выйти из лунной гравитации и достаточно далеко вернуться на свою исходную высокую орбиту вокруг Земли, чтобы быть снова захваченным земным гравитационным колодцем, где последние включения двигателя могли замедлить его до скорости входа в атмосферу.

Состав происходит раз в 175 лет. Окно запуска в последний раз, когда это выравнивание происходило, было с 1976 по 1980 год, поэтому в следующий раз оно откроется в 2151-2154 годах.

Источник: программа Гранд Тур .