Как исследовать Плутон: посадка, выход на орбиту и т.д.

[Gleb1964]

сделал конкретный расчет для New Horizons миссии. Взаимная скорость New Horizons относительно Pluto в момент наибольшего сближения 14 июля 2015 года порядка 13.78км/с на расстоянии порядка 14.2 тыс км. На таком расстоянии от центра Плутона круговая скорость 247м/с, итого, надо погасить избыток скорости 13.53 км/с

далее с круговой орбиты тормозным импульсом 151.5м/с аппарат переводиться на эллиптическую орбиту с перицентром, касающимся поверхности Плутона, скорость в перицентре будет 1182м/с, если ее погасить - аппарат покоится на поверхности.
итого, добавка в скорости для посадки с круговой орбиты радиусом 14.2 тыс км на поверхность - 1333.7м/с
ну, а чтобы посадить New Horizons на Плутон с пролетной траектории, надо в сумме затормозить на 14864м/с

[Змей Петров]

Может вбок относительно вектора орбитальной скорости. Я это имел ввиду.

Судя по картинке выше(а она правдоподобна), траектория зонда вблизи Плутона подозрительно похожа на прямую. Т.е. тангенциальная составляющая скорости пренебрежимо мала для наших прикидочных расчетов.

[Змей Петров]

И какое число получается?

Масса полезной нагрузки?

[dims]

Когда вы научитесь отличать угловой момент от аксиальной скорости,

Угловой момент

\[\mathbf{L} = \mathbf{r} \times \mathbf{p} = \mathbf{r} \times (\mathbf{p}_\parallel + \mathbf{p}_\perp) = \mathbf{r} \times \mathbf{p}_\perp \]

поскольку

\[\mathbf{p}_\perp = m \cdot \mathbf{v}_\perp\]

то

\[\mathbf{L} = m \cdot \mathbf{r} \times \mathbf{v}_\perp  \]

то есть

\[ L = m \cdot r \cdot v_\perp \]

то есть, при фиксированной массе (масса аппарата) и расстоянии (до Плутона), угловой момент в точности пропорционален поперечной скорости.

[Змей Петров]

Gleb1964, как считали?

[dims]

Кстати, прочёл, что мы вообще ни разу не сажали ни один аппарат на небесное тело без атмосферы, кроме Луны.

Так что, если у Плутона нет атмосферы, даже при возможности долёта, сажать туда аппарат -- чистое шапкозакидательство.

[Змей Петров]

Но на поверхности Плутона g намного меньше лунного.
И со времени посадок на Луну прошло много времени.

[LeMay]

Кстати, прочёл, что мы вообще ни разу не сажали ни один аппарат на небесное тело без атмосферы, кроме Луны.

  Не знаю, кто у вас "мы", но у людей даже без пилотируемых полётов успешных мягких посадок на Луну заметно больше, чем на Марс или Венеру.

[Gleb1964]

Gleb1964, как считали?

Скорость аппарата относительно Плутона и минимальное расстояние получил из симулятора НАСА, в ближайшей точке вектор скорости по умолчанию перпендикулярен радус-вектору к центру планеты (это не надо доказывать?),  если погасить в этой точке избыток скорости до местной круговой, получится круговая орбита. Потом дополнительно импульс схода с круговой орбиты на гомановскую траекторию, касающиеся поверхности в перицентре - формулы простейшие, если интересуют - могу завтра выписать

[Андрей Курилов]

http://www.heavens-above.com/SolarEscape.aspx
Из уравнения гиперболической траектории



получаю, что на уровне Юпитера зонд имел скорость 22317 м/с относительно Солнца.
После Юпитера зонд летел практически полностью инерциально - коррекциями для простоты рассчёта решено пренебречь.
Далее - рассчитываем большую полуось гиперболической траектории по известным параметрам:



Я получил -5.645 АЕ, что по формуле орбитального углового момента



очевидно даст результат, отличный от 0. Это к слову о том, что у зонда НГ уже есть некоторый угловой момент, так как он летит не из центра Солнца строго радиально, а по некоторой гиперболической траектории.

На уровне 39.264 АЕ от Солнца скорость НГ станет равной 14220 м/с, что на 9468 м/с больше, чем первая космическая скорость относительно Солнца здесь. Планируется, что НГ будет пролетать на расстоянии 4000 км от центра Плутона, тогда вторая космическая относительно Плутона составит 658 м/с. Т.е. если удастся снизить скорость относительно Плутона до 658 м/с на мин. расстоянии, то Плутон своей гравитацией захватит зонд на замкнутую орбиту вокруг себя. Тогда 9468 м/с - 658 м/с = 8810 м/с. Это оценка необходимого минимального изменения скорости зонда НГ для того, чтобы выйти на орбиту вокруг Плутона.

[Geen]

На уровне 39.264 АЕ от Солнца скорость НГ станет равной 14220 м/с, что на 9468 м/с больше, чем первая космическая скорость относительно Солнца здесь. Планируется, что НГ будет пролетать на расстоянии 4000 км от центра Плутона, тогда вторая космическая относительно Плутона составит 658 м/с.Т.е. если удастся снизить скорость относительно Плутона до 658 м/с на мин. расстоянии, то Плутон своей гравитацией захватит зонд на замкнутую орбиту вокруг себя.

Вообще говоря, нет.

[Андрей Курилов]

Вообще говоря, нет.

В каком именно месте я ошибся?

[dims]

посадок на Луну заметно больше, чем на Марс или Венеру.

Я ж сказал, кроме Луны.

[dims]

Это оценка необходимого минимального изменения скорости зонда НГ для того, чтобы выйти на орбиту вокруг Плутона.

Неправильно.

Если Вы замедлите НГ до 5 км/с (первая космическая скорость относительно Солнца в районе Плутона, примерно), то его скорость относительно Плутона составит околон 7 км/с. Это слишком много, чтобы Плутон мог захватить аппарат.



То есть, Вам надо будет к Вашим 9 добавить ещё 7 дельта-V.

[dims]

Но на поверхности Плутона g намного меньше лунного.
И со времени посадок на Луну прошло много времени.

Тем не менее, если мы соберёмся делать то, что никогда (или давно) не делали, то сперва попробуем это поближе, например, посадить аппарат на большой астероид или спутник планеты-гиганта.

Мы даже карты Плутона не знаем! Мы не знаем, есть ли там атмосфера!

Посылать в такой ситуации посадолчный зонд было бы авантюрой, даже если бы это было технически-возможно...

[xd]

Тут ещё вопрос, считать ли Плутон твёрдым. В своё время при проектировании миссий на Луну этот вопрос был открытым.
Если Плутон покрыт слоем льда, то он может легко начать газить при температурах, до которых его нагреет аппарат.
Уж лучше сначала обзорную миссию, чем с вилами на танк

[dims]

Переходная орбита для захвата Плутоном выглядела бы как-то так



то есть, было бы видно, что апоцентр лежит на орбите Плутона. НГ, очевидно, не находятся на этой орбите. И переводить аппарат на неё, коли он уже возле Плутона, нет смысла. Смысл переходной орбиты именно в переходе. В конечной точке аппарат должен дать импульс для поднятия перицентра, чтобы перейти на орбиту конечной планеты.

[Андрей Курилов]

dims, кажется я нашёл у себя ошибку. Признаю.

Это, правда, не означает правильности вашей оценки dv. Но, возможно, она и верна.

[dims]

Это, правда, не означает правильности вашей оценки dv. Но, возможно, она и верна.

У меня прикидка на пальцах, плюс-минус лапоть. Любой аккуратный расчёт, естественно, будет вернее. Gleb1964 рассчитывал в симуляторе, наверное, у него правильно.

Gleb1964, было бы интересно, если бы Вы выложили более подробные данные

[Змей Петров]

Тем не менее, если мы соберёмся делать то, что никогда (или давно) не делали, то сперва попробуем это поближе, например, посадить аппарат на большой астероид или спутник планеты-гиганта.

Не спорю.

Мы даже карты Плутона не знаем! Мы не знаем, есть ли там атмосфера!

Карту Плутона можно получить тем же аппаратом после выхода на орбиту.
Про атмосферу мы знаем достаточно много, выше обсуждалось. И даже пришли к выводу, что для торможения она непригодна.

Если Плутон покрыт слоем льда, то он может легко начать газить при температурах, до которых его нагреет аппарат.

Это тоже обсуждалось - достаточно поставить аппарат на 3 ноги. А жидкую поверхность там представить трудно.