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

[Gleb1964]

В каком именно месте я ошибся?

вы не учли в первоначальном расчете скорость относительно Плутона. Если вы гасите скорость аппарата вблизи Плутона до местной круговой вокруг Солнца, то вы все равно имеете разные направления скоростей, а там между векторами градусов 70. Второй, малый момент - вблизи Плутона аппарат получает дополнительное ускорение, спускаясь в гравитационную яму планеты. Правильнее было бы считать орбиту аппарата до границы сферы действия Плутона, а потом перейти в плутоно-центрическую систему координат и считать траекторию из центра Плутона, забыв про Солнце. В сфере действия местный градиент гравитационной ямы Плутона круче, чем от Солнца

[Gleb1964]

Левантовский В И, Механика космического полета в элементарном изложении, страница 324 - таблица, в которой указаны характеристические скорости и прочее при полете и мягкой посадке на планеты для случаев гомановской и параболических траекторий. Там же есть скорости входа в зону действия Плутона и скорости падения на поверхность. Конечно, орбита Плутона имеет значительный эксцентриситет, поэтому полет в какое то конкретное время будет несколько отличаться от таблицы

[dims]

В общем, по точным расчётам и данным спецов получается, что для полёта на Плутон с Земли требуется минимум 22 км/с характеристической скорости, а я утверждал 35 км/с. Конкретно для Новых горизонтов, чтобы остаться у Плутона требуется около 14 км/с, я утверждал 20.

Так что мой "лапоть" составляет 50%, что вполне недурно с учётом экономии мышления

[Gleb1964]

Планируется, что НГ будет пролетать на расстоянии 4000 км от центра Плутона, тогда вторая космическая относительно Плутона составит 658 м/с.

на сайте НАСА:

At closest approach, the spacecraft comes about 7,750 miles (12,500 kilometers) from Pluto and about 17,900 miles (28,800 kilometers) from Charon.

Указывается наименьшее расстояние 12.5 тыс км от центра. Впрочем, разные расстояния пролета не сильно влияют на суммарную характеристическую скорость. Левантовский в своей книге указывает, что радиус оптимальной орбиты Плутона меньше радиуса планеты, т.е. орбита с минимальными затратами топлива при переходе с пролетной траектории будет непосредственно над поверхностью планеты.
Интересно, учитывает Левантовский, что здесь еще и Харон? Издали это система Плутон-Харон, а уже очень близко - достаточно одного Плутона. Масса Харона 11.6% от массы Плутона

если кому интересно - симулятор от НАСА можно скачать и установить здесь  http://eyes.nasa.gov/download.html

[Змей Петров]

Так что мой "лапоть" составляет 50%, что вполне недурно с учётом экономии мышления

С т.з. затрат топлива лапоть весьма увесистый
Но всё равно и вам спасибо за улучшение моего общего понимания.

[Змей Петров]

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.

А почему не сразу на эллиптическую?

[Gleb1964]

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.

А почему не сразу на эллиптическую?

можно и сразу, но на практике может быть удобно оставить орбитальный модуль связи или подождать на круговой орбите для выбора точки приземления

картинка из симулятора НАСА пролета New Horizons в системе Плутона 

[библиограф]

Интересно, учитывает Левантовский, что здесь еще и Харон? Издали это система Плутон-Харон, а уже очень близко - достаточно одного Плутона. Масса Харона 11.6% от массы Плутона

А из какого издания таблица? Книга Левантовского издавалась трижды - в 1970, 1974 и 1980 годах.

[Змей Петров]

можно и сразу, но на практике может быть удобно оставить орбитальный модуль связи или подождать на круговой орбите для выбора точки приземления

Тут есть лучший вариант.
Сразу заходим на вытянутую эллиптическую. Тормозимся об атмосферу(благо времени теперь хватает). Таким образом переходим на низкую круговую, с которой картографирование гораздо детальнее.

[Gleb1964]

Интересно, учитывает Левантовский, что здесь еще и Харон? Издали это система Плутон-Харон, а уже очень близко - достаточно одного Плутона. Масса Харона 11.6% от массы Плутона

А из какого издания таблица? Книга Левантовского издавалась трижды - в 1970, 1974 и 1980 годах.

у меня под рукой файл - издание третье, переработанное и дополненное от 1980 года. Есть еще бумажный экземпляр, но не под рукой

[xd]

А если с атмосферой не угадали, что делать? Вдруг она оказалась менее плотной, чем ожидалось? Всё, второй попытки не будет

[Змей Петров]

Deimos, про атмосферу есть конкретные данные измерений. Она не годится для разового торможения, но вполне пригодна для многократного.

[anovikov]

Да можно конечно было выйти на орбиту - сделать аппарат с ионником с питанием от реактора в несколько киловатт (реактор пустяковый, такие уже созданы и летали еще 40 лет назад, и запускать его безопаснее чем примененный в "новых горизонтах" ритэг - если бы ракета взорвалась на старте вреда никакого, в отличие от развалившихся и испаренных горением топлива внутренностей ритэга). За несколько лет перед подлётом к цели можно было бы построить орбиту с которой можно перейти на орбиту вокруг Плутона, перелёт удлинился бы ну от силы на год. Просто на это нужно было несколько сот миллионов больше.

Ну да, нужно погасить 15 км/с скорости, что с того? Dawn тот же самый, который сейчас приближается к Церере, уже сделал 11 км/с приращения скорости, а всего имеет запас на 13 км/с. При том что миссия нисколько не "предельная" по запасу х/с, вовсе не проектировалась исходя из желания "выжать как можно больше".

[Змей Петров]

Просто на это нужно было несколько сот миллионов больше.

Вы несколько недооцениваете потребные затраты.

[LonelyWanderer]

Не знаю, писалось или нет тут, но Плутон обладает атмосферой, 1/700 000 от земной, или 0.15 Па. Такая у нас имеется на высоте километров 80-90. Космические аппараты на такой высоте не могут и половины круга по орбите сделать.
Новые горизонты можно было спроектировать с расчетом на такое аэродинамическое торможение,. И если этого давления не хватает, чтобы погасить 13-14 км/с, то можно было бы применить небольшой парашют.
При достаточном заглублении в атмосферу Плутона (чем ближе к поверхности тем лучше), мы имеем несколько сотен километров пробега в самой густой части атмосферы. Но так, как это будет сопровождаться перегрузками, то лучше использовать сначала большой парашют или парус, который использует и внешние слои атмосферы. По мере углубления - он будет сорван и будет задействован малый парашют. Итоговый пробег с торможением можно довести до 2-3 тысяч километров, и увеличить время торможения до нескольких минут.
Парашютная система должна быть избыточной и должна быть автоматически сброшена по достижению скорости меньше 2-й космической. Аппарат при этом выйдет на сильновытянутую орбиту. Затем ионным двигателем можно поднять перигелий. Или не поднимать, и если изначальный перигелий был на достаточной высоте, то, прежде, чем КА упадет, он успеет совершить несколько полных оборотов.

Вобщем, технически торможение и выход на орбиту Плутона вполне реализуемо и не сильно удорожает проект.

[anovikov]

Да, я посчитал - существующие конструкции "космических" реакторов не катят - они по удельной мощности немногим лучше ритэгов. Нужно было бы новый реактор пилить. Но такая миссия рассматривалась всерьез раньше - JIMO - с выходом на орбиту спутников Юпитера. Там выходила стоимость 16 миллиардов но характеристическая скорость 38 км/с!!! В 2 раза больше чем тут нужно.

http://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Orbiter#Preliminary_design_specifications

то есть ничего невозможного тут нет. но бабок тогда не нашли на это.

[LeMay]

Не знаю, писалось или нет тут, но Плутон обладает атмосферой, 1/700 000 от земной, или 0.15 Па. Такая у нас имеется на высоте километров 80-90. Космические аппараты на такой высоте не могут и половины круга по орбите сделать.
Новые горизонты можно было спроектировать с расчетом на такое аэродинамическое торможение,. И если этого давления не хватает, чтобы погасить 13-14 км/с, то можно было бы применить небольшой парашют.

    Прочитайте четвёртую страницу этой темы и не флудите в других.

Да, я посчитал - существующие конструкции "космических" реакторов не катят - они по удельной мощности немногим лучше ритэгов. Нужно было бы новый реактор пилить.

  Чем не нравится вариант без реактора с обычным RTG? https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,126691.msg3157343.html#msg3157343

[LonelyWanderer]

Не нашел на 4-й странице никакой информации, противоречащей моему предложению. Более того, там кто-то писал, что у поверхности давление не в 700 000 раз ниже земного, как написано в википедии, а в 50 000, т.е. соответственно, не как на высоте 80-90 км над Землей, а на высоте километров 60. Таким образом аэродинамическое торможение очень даже реально.
А учитывая слабость гравитации планеты, атмосфера эта не в виде тонкой пленки, а довольно толста. Гравитация в 15 раз более слабая, чем земная, означает, что и толща атмосферы, в которой нужно совершать аэродинамическое торможение - значительна. И уже можно в нескольких сотнях километров открывать парашюты.
Если предположить, что давление у Плутона - 0.3 Па (снова другая цифра википедии), то есть 1/300 000 земной, то реальная толщина атмосферы с учетом гравитации - 1/20 000 земной. Или 0.5 мм водяного столба.
  С пролетом по касательной на высоте километров 50 горизонтально поверхности получим тысячи 2 километров торможения. Это около 4 минут. И приблизительные (усредненно) перегрузки в 6-7g (со скорости 14 км/с).
При этом реальное преодоление толщи возрастет многократно по сравнению с вертикальным падением, и преодоление будет уже не эквиваленту давления 0.5 мм водяного столба, а 2-3 мм. Тормозной парашют площадью, скажем, метров 100 квадратных, "загребет" 200-300 килограмм атмосферы. Для Новых Горизонтов весом в полтонны это мало, реально нужен парашют метров 40  диаметром и способный выдерживать нагрузки в несколько g, т.е. тонн до 7-8. Думаю, это реально.
Техническая сложность тут, а не сгорит ли такой парашют? На Земле метеоры зажигаются уже на 80 километров высоты. Это как раз давление атмосферы Плутона. Парашют должен быть не только крепким, но и термоустойчивым. Технически это, наверное возможно, но действительно значительно удорожает проект.

Все же лучше для использования аэродинамического торможения уменьшить скорость прибытия к Плутону хотя бы  до 7-8 км/с, тогда все цифры становятся гораздо более реализуемыми

[Андрей Курилов]

Не нашел на 4-й странице никакой информации, противоречащей моему предложению.

Я, кстати, тоже не понял к чему это было. Но сначала не стал об этом писать.

[LeMay]

Не нашел на 4-й странице никакой информации, противоречащей моему предложению.

Я, кстати, тоже не понял к чему это было. Но сначала не стал об этом писать.

  К тому, что на высоте 40 км давление в атмосфере Плутона 7-9 микробар и лишь на поверхности достигает 18 микробар. Самое место для аэродинамического торможения с немедленной посадкой.