Nutzen Sie Plutos Gravitation, um den nächsten Zwergplaneten zu erreichen

Warum fliegt New Horizons nicht näher an Pluto vorbei, damit die Anziehungskraft die Sonde zu einem der nächsten Zwergplaneten im äußeren Sonnensystem (Eris, Haumea, Makemake, ...) schleudert?

Es gibt zwei Hauptgründe:

1. Es kann nicht.
2. Selbst wenn es könnte, sollte es nicht.

Der Grund dafür ist, dass Delta V ziemlich klein wäre, selbst wenn New Horizons so nah wie möglich an Pluto vorbeifliegen würde. Plutos Masse und Umlaufgeschwindigkeit sind ziemlich klein und die Geschwindigkeit von New Horizons ist ziemlich groß. Ein Pluto-Vorbeiflug in 100 km Höhe mit _{einem Mittelwert ∞} von 13 km/s wird die Flugbahn von New Horizons um etwa 1,4 Grad drehen. Das ist nicht viel. Selbst ein Vorbeiflug, der sich bei engster Annäherung knapp über der Oberfläche befindet, ist im Wesentlichen eine geradlinige Flugbahn. Bei einem Pluto-Vorbeiflug mit der hohen Geschwindigkeit von New Horizons ist nur sehr wenig Schwerkraftunterstützung zu haben.

Der Grund dafür ist, dass dieser nahe Vorbeiflug der primären Mission, Pluto zu beobachten, stark zuwiderläuft. Angenommen, Pluto wäre um Größenordnungen massereicher als er ist, wodurch eine Gravitationsunterstützung möglich wäre. Nehmen Sie auch an, dass nach dem Start von New Horizons ein großes KBO entdeckt wurde und dass dieses neu entdeckte KBO erreichbar war, aber nur, wenn die Pluto-Begegnung von ihrer geplanten 10.000 km nächsten Annäherung zu einem Vorbeiflug geändert wurde, der eine sehr enge Annäherung beinhaltet. Sollten sie es tun?

Die Antwort ist nein. Die Pluto-Begegnung ist das primäre Ziel der Mission. Diese radikale Kursänderung würde bedeuten, dass dieses primäre Ziel nicht erreicht wird. Das Sensorpaket von New Horizons wurde unter Berücksichtigung dieser 10.000 km größten Annäherung entwickelt. Das Sensorpaket kann einen nahen Vorbeiflug nicht bewältigen.

Angenommen, New Horizons erreicht sein primäres Ziel. Das allein reicht aus, um die Mission als vollen Erfolg zu qualifizieren. Wenn es sein primäres Ziel nicht erreicht, reicht das aus, um die Mission als gescheitert zu qualifizieren. Der Post-Pluto-Teil der Mission wurde immer als optionaler Bonus angesehen.

Details zu „es geht nicht“
Einer der wichtigsten Parameter bei der Bestimmung der Schwerkraftunterstützung bei einem Vorbeiflug ist der Kurvenwinkel$\delta$. Dies ist der Winkel, um den der Planet die hyperbolische Flugbahn des Satelliten dreht (von einem planetenzentrierten Inertialsystem aus gesehen). Dies wird durch gegeben

$$\delta = 2\arcsin\left( \frac 1 e \right)$$ wo $e$ist die Exzentrizität der hyperbolischen Bahn. Dies kann aus dem Gravitationsparameter des Planeten berechnet werden $\mu = GM$, die Periapsis-Distanz des Satelliten $r_p = a(1-e^2)$, und die Geschwindigkeit des Satelliten im Unendlichen $v_\infty = -\mu/a$: $$e = \sqrt{1+\frac{r v_\infty}\mu}$$ Die Exzentrizität beträgt 227 im Fall eines Pluto-Vorbeiflugs mit av _∞ von 13 km/sec und einer größten Annäherung von 10.000 km. Dies reduziert sich auf eine Exzentrizität von 81 für einen nahen Vorbeiflug (100 km über der Oberfläche). Diese beiden Exzentrizitäten sind zu groß, um ein signifikantes Delta V aus dem Vorbeiflug zu erhalten. Der Wendewinkel für die nominelle Mission beträgt 0,5 Grad, 1,4 Grad für den nahen Vorbeiflug.

Das ist so ziemlich das, was sie planen – außer dass das geplante Ziel ein kleineres Kuipergürtel-Objekt ist, kein Zwergplanet.

UPDATE: Ich habe die durch Plutos Schwerkraft mögliche Kursänderung überschätzt. Einzelheiten finden Sie in der Antwort von David Hammen .

Nach dem Pluto-Vorbeiflug soll New Horizons seinen Weg fortsetzen und an einem oder zwei Kuipergürtel-Objekten (KBOs) vorbeifliegen. Zwei solcher Objekte wurden als mögliche Ziele identifiziert. Soweit ich das beurteilen kann, wurde noch keine Auswahl getroffen. Einer wird auf einen Durchmesser von etwa 30-45 Kilometern geschätzt; der andere ist wahrscheinlich etwas größer.

Die Wahl des Ziels ist durch den verfügbaren Treibstoff für Kursanpassungen stark eingeschränkt. Vor Oktober 2014 gab es keine bekannten Körper außerhalb des Pluto-Systems, die New Horizons erreichen könnte. Eine Suche wurde mit Bodenteleskopen und später mit dem Hubble-Weltraumteleskop durchgeführt.

Sobald ein Ziel ausgewählt wurde, wird die Flugbahn während des Pluto-Vorbeiflugs angepasst, um sicherzustellen, dass es in der Nähe des ausgewählten Objekts vorbeifliegt. Plutos Schwerkraft muss bei der Planung der Kurskorrektur berücksichtigt werden.

Es ist nicht klar, dass dies eine "Schleuder" wäre. Das Ziel besteht nicht unbedingt darin, die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs zu erhöhen, wie dies beim Jupiter-Vorbeiflug im Jahr 2006 der Fall war; vielmehr wählt es den Kurs, der zum Erreichen des Ziels erforderlich ist.

Ein Vorbeiflug an einem anderen Zwergplaneten nach Verlassen des Pluto-Systems ist leider nicht machbar. Die Wahl der Ziele hinter Pluto ist stark durch Brennstoff, Entfernung und Zeit eingeschränkt. Dem Raumschiff steht nur eine sehr begrenzte Menge an Hydrazin-Treibmittel für Manöver zur Verfügung, und es kann keine guten wissenschaftlichen Daten über etwa 55 AE hinaus zurückgeben. Dies begrenzt verfügbare Ziele auf einen Kegel mit einer Breite von weniger als 1 Grad. Es gibt einfach keine Zwergplaneten hinter Pluto, die New Horizons erreichen kann. Nur drei Objekte nach Pluto wurden offiziell als Zwergplaneten anerkannt; eine Handvoll andere sind wahrscheinlich.

Diese Informationen sind aus dem Wikipedia-Artikel zusammengefasst .