NASA планирует экспедицию на Уран и Нептун

[badchemist]

Интересно. Совсем недавно на форуме UnmannedSpaceflight я читал, что на New Horizons эпоху пролетов (fly-by) мимо космических тел собирались закончить, т.к. это, конечно, все хорошо и результативно, но больно уж невыгодно и неэффективно по сравнению с выводом аппаратов на орбиту вокруг планет (orbiter missions). А с орбитерами проблема — их либо надо запускать по траектории, «касательной» с орбитой самой планеты, чтобы зацепиться за ее гравитационное поле и начать обращаться вокруг нее (минус — такой полет займет в разы больше времени, чем прямой), либо запускать как обычно и потом оттормаживаться около цели (минус — требуется огромное количество топливо на борту для торможения, а это топливо — дополнительный вес, а значит, нужны более мощные ракеты на старте). Поэтому, дескать, с орбитерами к дальним планетам Солнечной системы будут ждать до 40-х годов, к которым планируют создать новые типы двигателей. Если в этой статье речь именно об орбитерах (тут не сказано, какой именно тип миссии), то, видимо, это оно и есть. Если речь о пролетах… странно это.

[semmaxim]

М? Насколько я помню из физики, одно тело не может зацепить другое так, чтобы оно осталось у него на орбите. Так что тормозить придётся в любом случае и по «касательной» траектории без корректировки на орбиту выйти невозможно.

[badchemist]

одно тело не может зацепить другое так, чтобы оно осталось у него на орбите

Ну почему же. Если какая-нибудь штука пролетает мимо планеты на скорости около первой космической для этой планеты, она уже никуда дальше не улетит и либо упадет на эту планету, либо начнет вокруг нее обращаться (зависит от скорости).

Для запуска с Земли к внешним планетам в общем случае можно применять траекторию, являющуяся как бы частью эллиптической орбиты, у которой ближайшая к Солнцу точка на расстоянии орбиты Земли, дальняя — на расстоянии орбиты интересующей нас планеты. Тогда нужно стартовать с Земли со скоростью, соответствующей скорости, которая была бы здесь у тела, обращающегося вокруг Солнца по такой орбите, а дальше уже «оно само». Пролетит ровно половину эллипса и встретится с планетой в дальней точке (если ось орбиты повернута куда надо, конечно). В этой точке скорость у космического аппарата будет меньше скорости планеты (потому что была бы у планеты такая же маленькая скорость в этой точке, она бы обращалась по орбите с таким же большим эксцентриситетом, как у аппарата).

А можно послать аппарат по такой траектории, чтобы в момент встречи с планетой его скорость (относительно Солнца) была не значительно меньше скорости планеты, а сравнима с ней. В этом случае скорость относительно планеты (разница их скоростей) будет совсем невелика, и там уж точно планета утянет аппарат за собой. К тому же, на большом расстоянии от Солнца у космических тел сферы Хилла (области, где их гравитация доминирует над гравитацией Солнца) все больше и больше, так что там это сделать легче, чем на Марсе / Венере / Меркурии.

То есть, конечно же, поправлюсь, что это я тут пишу «легко сделать», а на самом деле расчеты этих орбит будут очень нетривиальными, да и корректировок курса при подлете не избежать. Я просто хотел показать, что такие орбиты, для которых в момент встречи с планетой вектор скорости аппарата относительно этой планеты будет невелик, возможны.

[semmaxim]

Если какая-нибудь штука пролетает мимо планеты на скорости около первой космической для этой планеты, она уже никуда дальше не улетит и либо упадет на эту планету, либо начнет вокруг нее обращаться

Вот в том то и дело, что, насколько я помню, выйти на орбиту без приложения внешних сил математически невозможно. Два варианта — либо врежутся друг в друга, либо просто их траектория искривится.

[badchemist]

Хм. Тут мои познания заканчиваются, но было бы интересно про это почитать подробно. Попробовал погуглить по общим формулировкам, нашел пока только такое: http://new-physics.narod.ru/HTMLrus/21.html, но там как-то очень сильно попахивает, по выражению википедии, ориссом (особенно от всего сайта в целом). Не подскажете, как и где найти еще источники?

Вообще, с одной стороны, «интуитивно» в голове всплывают два контр-аргумента: во-первых, многочисленные гипотезы о том, что вон тот или вон тот спутники планет в Солнечной системе были захвачены родной планетой (по ссылке это тоже упоминается), во-вторых, между вариантами «врежутся друг в друга» (скорость пролетающего тела была слишком мала) и «пролетят мимо» (скорость была слишком велика) напрашивается третий вариант, когда скорость находится в некотором оптимальном диапазоне (ведь было бы странно, если бы существовало волшебное число, скажем, 123.8 км/с, и при 123.7 пролетающее тело упало бы на планету, а при 123.9 уже улетело бы дальше).

… А с другой стороны, ваше утверждение кажется мне «вероятным», так сказать. То есть я не сильно удивлюсь, если действительно так и окажется.

[Novitsky]

...(тут не сказано, какой именно тип миссии)...

В статье явно сказано, что:

Если планы будут утверждены, то к газовым гигантам будет направлен космический аппарат.

И далее:

Если все пройдет хорошо, и NASA получит необходимые для осуществления проекта деньги..., то аппарат направится еще и к Тритону, спутнику Нептуна...