Wann sollte eine Rakete gestartet werden, um einen erdnahen Asteroiden wie 2001 US16 zu erreichen?

Um zu wissen, wann man zu einem anderen Körper in unserem Sonnensystem starten muss, muss man zunächst auf der Grundlage der Umlaufbahnen beider Körper berechnen, wann sie am nächsten beieinander liegen. Raketen starten weit genug vor einer nahen Annäherung, die bald erfolgen wird, um an der Stelle der nahen Annäherung zu sein, wenn der Zielkörper ankommt. Das gilt sowohl für Besuche auf anderen Planeten als auch auf Asteroiden.

Wenn Sie auf der JPL-Seite, auf die Sie verlinkt haben, auf die Registerkarte Close Approach klicken, gibt es einen im Jahr 2034, wenn es um 0,03 AE der Erde geht. Oder es gibt eine im April 2023, die 0,33 AU erreicht, was viel weiter ist, aber andererseits gibt es eine zweite enge Annäherung im September 2023. Wenn Sie also Leute schicken oder eine Proberückführungsmission durchführen, 2023 wäre das Richtige (obwohl es schrecklich bald ist).

Sie können diese Daten nehmen und zum Ames Trajectory Browser gehen . Das Einstecken dieses NEO und eines Datumsbereichs, der diese enge Annäherung umfasst, ergibt das folgende Ergebnis:

Hier sehen wir, dass eine Rakete, wenn sie am 22. Mai 2034 gestartet wird, in etwas weniger als 2 Jahren 2001 US16 erreichen könnte und etwa 4,6 km/s von Delta V verbraucht, sobald sie die erdnahe Umlaufbahn verlässt.

Die Oberstufe der Rakete und/oder die Triebwerke der Raumsonde würden mindestens zweimal zünden, während sie dieses Delta V ausführen (was Geschwindigkeitsänderung bedeutet, sowohl beschleunigen als auch verlangsamen). Die Triebwerke würden zünden, um die Erdumlaufbahn zu brechen und in die richtige Richtung zu gehen (was eine Kurve, keine Linie sein wird), und würden bei der Ankunft zünden, um zu bremsen und in die Umlaufbahn des Asteroiden einzutreten. Aber eine solche Genauigkeit ist so gut wie unmöglich, also werden auf halbem Weg Korrekturen vorgenommen, nachdem weitere Messungen und Berechnungen durchgeführt wurden. Das muss man vielleicht ein paar mal machen. Außerdem würde eine Landung auf der Oberfläche eine weitere Zündung erfordern, nachdem das Schiff in die Umlaufbahn um sie herum gelangt ist.

Jetzt steckt natürlich eine Menge komplexer Berechnungen und Wissen hinter diesem Service, den Ames anbietet. Nämlich :

Der Trajectory Browser verwendet einen Lambert-Solver, um Transferbahnen zu berechnen. Dieser Löser ist eine Standardmethode in der Himmelsmechanik, um Keplerbahnen zu finden, die zwei Positionsvektoren mit einer bestimmten Flugzeit verbinden. Diese Lösung geht davon aus, dass die einzige Gravitationskraft, die auf das Problem einwirkt, von der Sonne ausgeht. Für genauere Ergebnisse müssen die Gravitationsfelder der verbundenen Körper plus andere Störungen wie Sonneneinstrahlungsdruck und Gravitationseffekte dritter Körper berücksichtigt werden.

Es ist notwendig, die Umlaufbahnen beider Körper sehr, sehr genau zu kennen, um zu einem Ergebnis zu kommen, das ein Raumschiff tatsächlich nahe genug an ein so kleines Ziel bringt, mit so geringer Schwerkraft, dass es erfolgreich in die Umlaufbahn um es herum eintreten kann darauf landen. Wenn eine Mission tatsächlich gestartet werden sollte, würde sie eher etwas wie das von JPL gehostete Horizons-System verwenden . Die Eingabe der Daten für die Ankunft bei 2001 US16 dort erzeugt eine Ephemeride wie diese:

(Unter anderem.) Aber es würde noch mehr benötigt, also würde der Hinweis auf ihrer Ephemeriden -Seite ins Spiel kommen:

Planetare Ephemeriden sind mit dem HORIZONS-System von JPL verfügbar. Obwohl das HORIZONS-System für die überwiegende Mehrheit der Ephemeriden-Anfragen ausreicht, sind auch JPL-Planeten- und Mond-Ephemeriden-Dateien (z. B. DE406) verfügbar. Die Verwendung dieser Ephemeridendateien wird nur Fachleuten empfohlen, deren Anforderungen nicht ohne Weiteres vom HORIZONS-System erfüllt werden. Alternativ können Sie das NAIF SPICE-Toolkit und planetare Ephemeriden im SPK-Format von der NAIF-Website des JPL verwenden.