Aus welchen Gründen werden Schwerkrafthilfen eingesetzt? Welche Objekte können ohne solche Maßnahmen besichtigt werden?

New Horizons wurde auf einer direkten Fluchtbahn gestartet, sodass wir uns theoretisch überall im Sonnensystem und darüber hinaus ohne Schwerkraftunterstützung bewegen können, außer sehr nahe an der Sonne, wofür wir ohne solche Maßnahmen nicht den Treibstoff haben (Zumindest nicht in angemessener Zeit.)

Schwerkrafthilfen machen den Prozess nur billiger und ermöglichen schwerere Nutzlasten. New Horizons war dazu in der Lage, weil es sehr klein war und es schwierig wäre, eine größere Nutzlast zu senden. Es führte einen Vorbeiflug an Jupiter durch, nicht weil es erforderlich war, sondern weil es dem Raumschiff ermöglichte, dort etwas schneller anzukommen. Und ehrlich gesagt gibt es fast keinen Grund, zum äußeren Sonnensystem zu gehen, ohne zuerst einen Vorbeiflug an Jupiter zu machen, da die Geschwindigkeitsverbesserung ziemlich groß ist. Die Hauptausnahme wäre, dass es begrenzt, wann Sie die Mission starten können, aber das ist normalerweise kein großer Faktor.

Sie müssen verstehen, dass "genügend Treibstoff" eine unglaublich entscheidende Angelegenheit in der Raumfahrt ist. Raumfahrzeuge unterliegen der Tyranny of Rocket Equation .

Kurz gesagt, wenn Sie Ihr Raumschiff bringen und Treibstoff verbrauchen wollen, sagen wir, irgendwo um den Mars herum, müssen Sie es dorthin bringen und mehr Treibstoff verbrauchen, um es aus der Erdumlaufbahn zu beschleunigen. Um diesen Brennstoff in Ordnung zu haben, benötigen Sie in der zweiten Stufe mehr Brennstoff. Und um den zusätzlichen Treibstoff in der zweiten Stufe (plus den Treibstoff in der Erdumlaufbahn und den Treibstoff um den Mars herum) zu beschleunigen, benötigen Sie in der ersten Stufe viel mehr Treibstoff.

Wie viel? Beim Start oszilliert die Treibstoff- und Startstufenmasse zur tatsächlichen wissenschaftlichen Nutzlast für entfernte Sonnensystemmissionen um 98-99%. Zusätzliche Kilogramm Nutzlast um Pluto herum können mehrere Tonnen Treibstoff auf der Startrampe sein.

Und das alles in Raketengröße umgerechnet – und enorme Kosten.

Daher sind alle Techniken, die später in der Mission Masse einsparen können – insbesondere Treibstoffmasse – für das Budget absolut unerlässlich.

Schwerkraft unterstützt bedeutet freie Beschleunigung. Sie können auf der Startrampe viele Tonnen Treibstoff sparen und einfach eine Rakete verwenden, die um ein paar hundert Millionen Dollar kleiner und billiger ist.

Jede Masse kann beschleunigt werden, und je höher die Masse des Körpers ist, an dem Sie vorbeifliegen, desto mehr Beschleunigung kann erreicht werden. Stichwort: Vorbeiflug. Sie können nicht einfach von der Erde starten und in LEO eine Schwerkraftunterstützung durchführen. Aber Sie können auf einer elliptischen Umlaufbahn (unter Verwendung von Triebwerken und wertvollem Treibstoff) in den "tiefen Weltraum" abheben und später der Erde begegnen, indem Sie eine Schwerkraftunterstützung durchführen.

Fast alles im Sonnensystem, außer dem Mond, kann mit Gravitationsunterstützung erreicht werden – obwohl sie oft übersprungen werden, um die nächsten Planeten (Mars, Venus) zu erreichen, weil das einzige, wogegen wir wirklich eine Gravitationsunterstützung leisten können, während wir gehen Da ist der Mond, und er ist zu hell, um einen signifikanten Unterschied zu machen - der Start zum perfekten Zeitpunkt, um bei einem direkten Transfer am wenigsten Treibstoff zu verbrauchen, kostet weniger, als darauf zu warten, dass sich der Mond und der Zielplanet ausrichten, und dann die Schwerkraftunterstützung zu verwenden. Wenn der Mond zur richtigen Zeit in der richtigen Ausrichtung steht, nehmen die Orbitaldynamiker natürlich gerne die Gelegenheit wahr und führen die Unterstützung trotzdem durch.

Tatsache ist, dass sich Planeten nach ihrem eigenen Zeitplan bewegen, und eine Flugbahn, die auf einen trifft, ohne viel Treibstoff zu verbrauchen, braucht Zeit. Daher dauern Flüge mit Schwerkraftunterstützung normalerweise länger als direkte Begegnungen, wie z. B. Hohmann Transfer. Aber sie sind deutlich günstiger, und die Einsparungen belaufen sich wirklich auf viele, viele Millionen Dollar.

Schauen Sie sich die Flugbahn von Rosetta an . Es führte 4 Schwerkraftunterstützungen durch und brauchte 12 Jahre, um sein Ziel zu erreichen. Aber es erreichte das Ziel und schickte gute Wissenschaft. Wenn es ohne all diese Hilfsmittel direkt dorthin geflogen wäre, hätte es wahrscheinlich etwa 4 Jahre gedauert. Kann es aber nicht, denn das würde die Missionskosten etwa verdoppeln, und solches Geld ist einfach nicht da.