Ist eine solare Free-Return-Trajektorie möglich?

Ich präge einen neuen Ausdruck: "Dyson Circuit". Ist es mit den gegenwärtigen Möglichkeiten der Sonnenumlaufbahn (siehe Parker Solar Probe) möglich, künstliche Satelliten auf einer Bahn mit freier Rückkehr um die Sonne zu fahren?

Als zweiter Teil dieser Frage, wäre es dadurch möglich, überschüssige kinetische / Strahlungsenergie aus diesem "Kreislauf" zu gewinnen?

Interessante Idee und Willkommen im Weltraum! Der Teil der Orbitalmechanik Ihrer Frage ist wirklich interessant und ich denke, er kann für sich allein stehen. Der letzte Teil und überschüssige kinetische / Strahlungsenergie aus diesem "Kreislauf" ernten? ist eine ganz eigene Frage. Warum nicht das hier löschen und eine zweite Frage dazu separat stellen? Sie können so viele gute Fragen stellen, wie Sie möchten, und je enger und fokussierter jede Frage ist, desto besser können die Antworten sein.
Und Sie müssen wirklich genauer sagen, von welcher Art von Umlaufbahn Sie sprechen. Ein Pedant könnte argumentieren, dass, wenn Sie etwas in LEO stecken und es nach einem Jahr wieder deorbitieren, dies auch eine „freie Rückflugbahn um die Sonne“ ist. Ich nehme an, Sie meinen eine freie Rückkehr mit einem Perihel von deutlich weniger als 1 AE, aber die Frage hängt stark davon ab, wie nahe es genau sein soll.
Ich möchte den zweiten Teil klarstellen. Ich habe mich gefragt, ob ein hinzugefügter Massentreiber / Triebwerk als fokussierter Auspuff dienen könnte, der kinetische Energie (oder möglicherweise Sonnenenergie) überträgt, und ob dies wiederum das lebensfähige Perihel verringern könnte, das ein Satellit erreicht (eine überschüssige Flugbahn, wenn Sie so wollen). .
Wo glaubst du, kannst du auf einem Stromkreis Energie gewinnen? Wenn wir jegliche Art von Luftwiderstand und Auswirkungen von allen Körpern außer der Sonne ausschließen, wird der Satellit ohne Energiegewinn dorthin zurückkehren, wo er gestartet ist. Es wird keine Selbstbeteiligung geben. In Wirklichkeit wird es Energie brauchen, wegen all der Dinge, die wir gerade ausgeschlossen haben ... Es lohnt sich auf jeden Fall, diese zweite Frage loszuwerden!
Ich nehme an, was ich frage, ist, ob die Basisflugbahn realisierbar ist (unter der Annahme, dass das Solarfahrzeug Mittel hat, um Faktoren wie Luftwiderstand zu kompensieren). Der zweite Teil, und das ist meine Vermutung, ist, dass es eine Anwendung für einen Massentreiber im freien Fall gibt, der Nutzlasten um einen Schwerkraftschacht herum richten kann, insbesondere wenn die Antriebsquelle in der Umgebung zu finden ist.
Jede Umlaufbahn, deren Periode ein Bruchteil der Erdumlaufbahn ist und die Erdumlaufbahn kreuzt, wird schließlich wieder zusammenfallen, wenn wir Störungen ignorieren. Zum Beispiel wird eine 6-monatige Umlaufbahn mit einem Aphel bei 1 AE genau ein Jahr später zur Erde zurückkehren
Wenn man die Missionsdauer (wie KSP-Spieler) ignoriert, wäre es nicht sparsamer gewesen, eine Parker-Sonde auf einen Mars oder Jupiter oder eine Begegnung mit einem äußeren Planeten zu schicken, um die Schwerkraft am Aphel zu deaktivieren und somit nahe am Sonnenperihel zu sein?
@qqjkztd Ausgezeichnete Idee! Es stellte sich heraus, dass ernsthaft darüber nachgedacht wurde: Wie hätte ein Jupiter-Vorbeiflug geholfen, zur Sonne zu gelangen? Warum wurde es später ausgeschlossen?

Antworten (2)

Ist es möglich, künstliche Satelliten auf einer Bahn mit freier Rückkehr um die Sonne zu fahren?

Nein. Einen Satelliten in die Nähe der Sonne zu bringen, kostet viel Energie.

Parker Solar Probe verwendete die größte verfügbare Rakete, um einen wirklich schnellen Start zu erreichen, und dann :

Parker Solar Probe wird sieben Vorbeiflüge an der Venus über fast sieben Jahre hinweg verwenden, um ihre Umlaufbahn um die Sonne allmählich zu verkleinern und der Sonne bis auf 3,83 Millionen Meilen (und 6,16 Millionen Kilometer) nahe zu kommen, weit innerhalb der Umlaufbahn von Merkur und etwa siebenmal näher als jedes Raumschiff ist zuvor gekommen.

Ein Hochgeschwindigkeitsstart und ein Haufen Schwerkraft helfen also, auf eine stark elliptische Umlaufbahn mit einem Aphel in der Nähe der Venus zu gelangen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Quelle

Zweitens gilt eine „freie Rückflugbahn“ nicht wirklich für die Sonne. Apollo 13 ging in eine freie Rückflugbahn und benutzte den Mond, um seine Flugbahn zurück zur Erde zu biegen und in die Schwerkraft der Erde einzufangen.

Die Sonde von Parker Solar befindet sich auf einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne.

tl;dr: Zur engen Frage:

Ist eine solare Free-Return-Trajektorie möglich?

Ja, eine Flugbahn, die in der Nähe der Erde beginnt, um die Sonne herumgeht und zu einem Ort in der Nähe der Erde zurückkehrt, ist möglich.

Ich bin kein Experte, aber lassen Sie mich versuchen, einige Punkte zu klären:

  1. Traditionell wurde eine freie Rückflugbahn ins Auge gefasst, die von einem großen, fast festen Körper (z. B. der Erde) ausgeht, an einem kleinen Körper vorbeischwingt, der ihn umkreist (z. B. Mond), und dann zu dem großen Körper zurückkehrt.
  2. Wie @Hobbes betont, benötigen Sie einen großen Impuls, um von der niedrigen Umlaufbahn um den großen Körper in die Umlaufbahn mit freier Rückkehr zu gelangen.
  3. Eine Umlaufbahn mit freier Rückführung ist nicht unbedingt dasselbe wie eine Cycler-Umlaufbahn ; Wenn Sie nach dem ersten vollständigen Zyklus die Bremsen nicht einlegen und ein zweites Mal wieder ausschwingen, wäre der kleine Körper beim nächsten Mal in den meisten praktischen Fällen nicht da, und Sie wären in einer Gurke.

Ich präge einen neuen Ausdruck: "Dyson Circuit".

Ich denke also, Sie suchen nach periodischen Lösungen , und es gibt sicherlich quasi-periodische 3-Körper-Umlaufbahnen, die abwechselnd in der Nähe der Sonne und in der Nähe der Erde vorbeiziehen können. In Wirklichkeit würden Störungen es nicht zulassen, dass diese sehr lange quasi-periodisch sind, aber zumindest könnten sie stationär gehalten werden.

Von dieser Antwort auf die Frage Welche Art von Orbitalelementen werden verwendet, um Halo-Umlaufbahnen zu beschreiben? :

Das extrem coole und farbenfrohe Papier EJ Doedel et al, (2007) Elemental Periodic Orbits Associated with the Libration Points in the Circular Restricted 3-Body Problem International Journal of Bifurcation and Chaos 17, 2625 (2007). https://doi.org/10.1142/S0218127407018671 erstellt ein System von Illustrationen, die alle bekannten periodischen Umlaufbahnen im CR3BP (Circular Restricted Three-Body Problem) zeigen. Dies schließt viele Arten oder Klassen von Umlaufbahnen ein, schließt jedoch Lissajous-Umlaufbahnen aus , da sie im Allgemeinen nicht periodisch sind. (Hinweis: Ignorieren Sie die Zeichnung im Wikipedia-Artikel!)

Sie können und sollten wahrscheinlich auch das Papier von seiner nicht kostenpflichtigen ResearchGate- Website herunterladen, einen Kaffee kochen und dann sechs Monate damit verbringen, es zu genießen.

Hier sind einige 3-Körper-Umlaufbahnen, die die von Ihnen gesuchte Aufgabe erfüllen könnten. Wie bereits erwähnt, müssten Sie in der realen Welt eine gewisse Stationshaltung einplanen, um die Umlaufbahn im Laufe der Zeit aufrechtzuerhalten. Die Bilder befinden sich in einem rotierenden Rahmen.

Diese Bilder werden mit dem Erde-Mond-System gezeichnet, aber Sie können sich auch das Sonne-Erde-System vorstellen, bei dem der Mond auf dem Bild die Erde und die Erde auf dem Bild die Sonne ist.

Diese sind schematisch gezeichnet, wenn man auf das viel größere Massenverhältnis des Sonne-Erde-Systems übergeht, ändern sich die Formen.

Es ist kein Zufall, dass diese beiden den beiden cis-Mond koplanaren Umlaufbahnen mit freier Rückkehr im letzten Diagramm unten ähneln!

CR3BP umkreist

CR3BP umkreist

Zurück ins Jahr 1963!

Unten sind vier Flugbahnen mit freier Rückkehr, die von der Erdumlaufbahn ausgehen und am Mond vorbei schwingen. Diese werden in einem rotierenden Referenzrahmen gezeichnet , so dass sowohl die Erde als auch der Mond an der x-Achse dieser Diagramme fixiert sind. Diese stammen aus der NASA Technical Note D-1833; Flugbahnen im Erde-Mond-Raum mit symmetrischen freien Rücklaufeigenschaften, geschrieben 1963 von Arthur J. Schwaniger am George C. Marshall Space Flight Center.

In dem Papier wird eine kostenlose Rücksendung definiert:

Für die bemannte Erkundung werden die ersten Flüge sehr wahrscheinlich solche "Fly-by"-Reisen sein, ohne dass eine Landung auf dem Mond geplant ist. Wenn die bemannte Mission auf der Mondoberfläche landen soll, kann nämlich eine Flugbahn mit "freier Rückkehr" verwendet werden, damit unvorhergesehene Schwierigkeiten auftreten, die eine Landung unerwünscht oder unmöglich machen (insbesondere ein Versagen des Antriebssystems, um die Fahrzeuggeschwindigkeit so zu bremsen um die Landung zu ermöglichen) kehren die Astronauten sicher zur Erde zurück.

Sie alle sind Flugbahnen mit freier Rückkehr, die in der Nähe der Erde beginnen und enden, und außer in besonderen Fällen funktionieren sie nur einmal. Sie benötigen am Anfang ein großes Antriebsmanöver, um von LEO aus in eines zu gelangen, und Sie benötigen ein zweites großes Antriebsmanöver, um wieder in LEO (oder die Atmosphäre) zurückzukehren, wenn Sie zur Erde zurückkehren.

Sie werden symmetrisch genannt, weil die 2. Hälfte fast ein Spiegelbild der ersten Hälfte ist.

Es gibt bestimmte Kombinationen von Injektionshöhen und -geschwindigkeiten, die ein periodisches oder zyklisches Verhalten erzeugen können, aber im Allgemeinen werden diese dem Mond nicht sehr nahe kommen.

Bei einem nicht rotierenden Frame denke ich, dass das

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