Wann ist die nächste Outer Planet-Besetzung (Voyager)

Die Aufstellung tritt alle 175 Jahre einmal auf. Das Startfenster, als diese Ausrichtung das letzte Mal stattfand, war von 1976 bis 1980 [1], also würde das nächste Mal, wenn es geöffnet würde, etwa 2151-2154 sein.

Eine weitere Voyager-ähnliche Mission könnte wirklich jederzeit montiert werden. Wir haben die Technologie dafür, aber die Kosten für die Montage einer solchen Mission außerhalb des Startfensters der Grand Tour wären viel höher, da das Raumschiff mehr Treibmittel benötigen würde, um seine Flugbahn ändern zu können, um von Ort zu Ort zu gelangen. Eine solche Mission würde auch länger dauern, wobei aus derselben Quelle wie oben zitiert wird, dass die Grand Tour "... acht bis dreizehn Jahre dauern würde, abhängig von der Flugbahn, verglichen mit dreißig Jahren für einen direkten Flug nach Neptun allein - durch den Einsatz eines Manöver namens Gravitationsunterstützung"

Das Schöne an der Schwerkraftunterstützung ist, dass Sie das Schwerkraftfeld eines großen Körpers nutzen, um den Kurs zu ändern. Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass die Schwerkraftunterstützung die Geschwindigkeit erhöht, aber die Geschwindigkeit tatsächlich unverändert lässt. Es ist genauer zu sagen, dass die Schwerkraftunterstützung die Richtung ändert, da die Geschwindigkeit sowohl eine Größe (Geschwindigkeit) als auch eine Richtung ist.

Wenn ich mich richtig an eine Studie erinnere, die ich vor ein paar Jahren über diese Flugbahnen gemacht habe, haben die Voyagers ungefähr 30 km/s Delta-V eingespart, indem sie Schwerkraftunterstützungen eingesetzt haben. Ich kann im Moment keine Quelle dafür finden, aber ich werde meine Notizen ausgraben und sehen, ob ich das bestätigen kann. Aber 30 km/s sind eine enorme Einsparung, da die meisten Sonden des äußeren Sonnensystems nur mit einigen hundert m/s Delta-V starten, die sie für Manöver aufwenden können [2].

[1] http://history.nasa.gov/SP-4219/Chapter11.html

[2] Delta-v von Weltraummanövern in Weltraummissionen wie Voyager oder Pioneer

Eine Vier-Planeten-Aufstellung ist selten, wie @Nickolai sagte. 3-Planeten-Aufstellungen sind etwas häufiger . New Horizons nutzte eine einzelne Schwerkraftunterstützung (Jupiter), um zu Pluto zu gelangen.
Missionen vom Typ Grand Tour werden selten sein: Der Fokus hat sich auf Missionen verlagert, die einen einzelnen Planeten genauer untersuchen. Viele dieser Missionen wurden entwickelt, um die Fragen zu beantworten, die durch die Vorbeiflüge der Voyager aufgeworfen wurden.
Man könnte argumentieren, dass Dawn eine Tour durch den Asteroidengürtel durchführt und es einen Missionsplan für eine weitere Sonde gibt, die 6 Asteroiden besuchen wird. Nicht so großartig wie die 4 äußeren Planeten, aber die gleiche Grundidee: erste Erkundung, der detailliertere Untersuchungen folgen werden.

Die Ausrichtung für eine große Tour wird als nächstes in etwa 175 Jahren als Folge der Umlaufzeiten der vier äußeren Planeten erfolgen. Der dominierende Faktor ist die ~165-jährige Umlaufzeit von Neptun, die das "Niederfrequenz"-Intervall festlegt, das die Gesamtperiode definiert. Die lange Umlaufzeit von Uranus spielt ebenfalls eine große Rolle, aber die Tatsache, dass seine Periode 84 Jahre beträgt (oder fast genau die Hälfte der von Neptun), hilft, viele Dinge „resonant“ zu halten, in dem Sinne, dass Uranus in etwa 168 Jahren zurückkommt an der gleichen Stelle, an der es war, und in dieser Zeitspanne befindet sich Neptun auch an fast genau der gleichen Stelle. Die Umlaufzeit von Saturn beträgt zwischen 29 und 30 Jahren und die von Jupiter etwa 12 Jahre, sodass sie relativ zur Sonne häufiger an dieselben Orte zurückkehren, sodass ihre Wirkung auf die Verlängerung der „großen Tour“ Zeitraum ist etwas niedriger. Aber bedenken Sie, was passieren könnte, wenn, sagen wir, Saturns Umlaufjahr 70 Erdenjahre wäre. Es würde in nur 70 Jahren (zu früh für eine Ausrichtung von Uranus und Neptun), 140 Jahren (ebenfalls zu früh für eine Ausrichtung von Uranus und Neptun) und 210 Jahren (zu spät für eine Ausrichtung) wieder dort sein, wo es begonnen hat Tour). In gewisser Weise kann man sich das Phänomen der Ausrichtung ein bisschen wie das Klimpern eines Akkords auf einer Gitarre vorstellen. Die Töne sind nicht auf jeder Saite gleich, aber wenn sie in den richtigen Abständen sind, bekommt man etwas, das gut klingt, und man hat eine Art Resonanz. Uranus und Neptun liegen etwa eine Oktave auseinander. Jupiter und Saturn sind auf höheren Noten im Stab, aber sie funktionieren, und der Zeitraum für die Tour wird etwas vernünftig. d in nur 70 Jahren (zu früh für eine Ausrichtung von Uranus und Neptun), 140 Jahren (ebenfalls zu früh für eine Ausrichtung von Uranus und Neptun) und 210 Jahren (zu spät für die Tour) wieder dort sein, wo es begonnen hat . In gewisser Weise kann man sich das Phänomen der Ausrichtung ein bisschen wie das Klimpern eines Akkords auf einer Gitarre vorstellen. Die Töne sind nicht auf jeder Saite gleich, aber wenn sie in den richtigen Abständen sind, bekommt man etwas, das gut klingt, und man hat eine Art Resonanz. Uranus und Neptun liegen etwa eine Oktave auseinander. Jupiter und Saturn sind auf höheren Noten im Stab, aber sie funktionieren, und der Zeitraum für die Tour wird etwas vernünftig. d in nur 70 Jahren (zu früh für eine Ausrichtung von Uranus und Neptun), 140 Jahren (ebenfalls zu früh für eine Ausrichtung von Uranus und Neptun) und 210 Jahren (zu spät für die Tour) wieder dort sein, wo es begonnen hat . In gewisser Weise kann man sich das Phänomen der Ausrichtung ein bisschen wie das Klimpern eines Akkords auf einer Gitarre vorstellen. Die Töne sind nicht auf jeder Saite gleich, aber wenn sie in den richtigen Abständen sind, bekommt man etwas, das gut klingt, und man hat eine Art Resonanz. Uranus und Neptun liegen etwa eine Oktave auseinander. Jupiter und Saturn sind auf höheren Noten im Stab, aber sie funktionieren, und der Zeitraum für die Tour wird etwas vernünftig. In gewisser Weise kann man sich das Phänomen der Ausrichtung ein bisschen wie das Klimpern eines Akkords auf einer Gitarre vorstellen. Die Töne sind nicht auf jeder Saite gleich, aber wenn sie in den richtigen Abständen sind, bekommt man etwas, das gut klingt, und man hat eine Art Resonanz. Uranus und Neptun liegen etwa eine Oktave auseinander. Jupiter und Saturn sind auf höheren Noten im Stab, aber sie funktionieren, und der Zeitraum für die Tour wird etwas vernünftig. In gewisser Weise kann man sich das Phänomen der Ausrichtung ein bisschen wie das Klimpern eines Akkords auf einer Gitarre vorstellen. Die Töne sind nicht auf jeder Saite gleich, aber wenn sie in den richtigen Abständen sind, bekommt man etwas, das gut klingt, und man hat eine Art Resonanz. Uranus und Neptun liegen etwa eine Oktave auseinander. Jupiter und Saturn sind auf höheren Noten im Stab, aber sie funktionieren, und der Zeitraum für die Tour wird etwas vernünftig.

Ein Teil dessen, was eine Tour wie diese attraktiv macht – abgesehen davon, dass Sie nicht auf eine Seite der Sonne reisen müssen, um zu einem Planeten zu gelangen, und auf die andere Seite, um zum nächsten zu gelangen – ist, dass die Schwerkraft dazu beiträgt, den Schwung zu ändern möglich. Denken Sie daran, dass ein Impulsvektor sowohl Richtung als auch Geschwindigkeit hat, und bei einer Gravitationswechselwirkung zwischen Sonde und Planet kann die Sonde Impuls mit dem Planeten austauschen und somit sowohl ihre Richtung als auch ihre Geschwindigkeit ändern. (Es ändert auch in einem winzigen Grad die Richtung und Geschwindigkeit des vorbeiziehenden Planeten, da Energie erhalten bleibt und die zusätzliche Energie, die die Sonde möglicherweise aufnimmt, von irgendwoher kommen muss. Aber Sie müssten eine Staffelung senden Anzahl von Sonden an einem Planeten vorbei, bevor Sie seine Umlaufbahn in signifikanter Weise geändert haben.)

Wenn Sie an dem Planeten vor ihm vorbeifahren, befindet sich die Schwerkraft des Planeten hinter Ihnen und zieht an Ihrer Masse (und Ihrem Impulsvektor, zieht Sie zurück und verlangsamt Sie). Wenn Sie in eine Umlaufbahn auf der Rückseite seiner Bewegungsrichtung kommen, übt Ihre Masse (in einem verschwindend kleinen Ausmaß) eine Anziehungskraft aus, die den Planeten verlangsamt, während der Planet gleichzeitig an Ihnen zieht und Energie auf Sie überträgt und schleudere dich nach vorne. Ihr Impulsvektor ändert dann sowohl Geschwindigkeit als auch Richtung, und Sie sind viel schneller auf dem Weg zum nächsten Planeten.

Sie können diesen Effekt mit dem Abschleppen eines Autos hinter einem anderen mit einem Seil vergleichen. Wenn das vordere Auto einen laufenden Motor hat und das hintere nicht, verbraucht der Vordere Energie, um den Hinteren zu beschleunigen. Und der hintere stiehlt dem vorderen Energie, der einen viel besseren Spritverbrauch hätte, wenn er nicht als Zugfahrzeug verwendet würde.

Erwähnenswert ist dieser „Impulsaustausch über die Schwerkraft“, weil er auch mit einbezieht, wie die Apollo-Missionen zum Mond gelangten. Einer meiner liebsten Missionspatches ist der von Apollo 8, der eine Acht um den Mond herum darstellt. (Apollo 8 war die erste Mission, die bis zum Mond ging.) Man könnte dies einfach als coole Grafik und ein Spiel mit der Zahl 8 abtun, aber tatsächlich ist dies die tatsächliche Flugbahn, die das Raumschiff genommen hat. Es hat effektiv seine translunare Injektion (TLI) verbrannt, um in eine sehr hohe elliptische Umlaufbahn um die Erde zu gelangen, wenn es das Raumschiff nicht auch auf die Bahn des entgegenkommenden Mondes gebracht hätte. Stattdessen wurde das Schiff, weit genug von der Erde entfernt, von der Schwerkraft des Mondes erfasst, als es dem Mond vorauseilte . Und es war dieser negative Energieaustauschder Mond von Apollo 8, der das Schiff so stark verlangsamte, dass es in die Umlaufbahn gebracht wurde. Hätte sich Apollo 8 von der anderen Seite (hinter dem Mond) genähert, wäre der Mondimpuls auf das Schiff übertragen worden, und es wäre weiter in den Weltraum geflogen. Als er nach Hause kam, brachte der Motorbrand auf dem Schiff Apollo 8 genug Schwung, um gut aus der Mondgravitation herauszukommen und weit genug zurück in seine ursprüngliche hohe Umlaufbahn um die Erde, um von der Schwerkraft der Erde zurückerobert zu werden, wo letzte Motorbrand ihn verlangsamen könnte Atmosphärische Wiedereintrittsgeschwindigkeiten.

Die Aufstellung tritt alle 175 Jahre einmal auf. Das Startfenster, als diese Ausrichtung das letzte Mal stattfand, war von 1976 bis 1980, das nächste Mal, wenn es geöffnet würde, wäre also 2151-2154.

Quelle: Programm Grand Tour