Traiectorie de întoarcere liberă
O traiectorie de întoarcere liberă este o traiectorie orbitală particulară a unei nave spațiale între două corpuri cerești, astfel încât atracția gravitațională a celui de-al doilea corp face ca vehiculul să revină pe orbita primului fără a fi nevoie de manevre de propulsie .
Pământ - Lună
Prima navă spațială care a folosit o traiectorie cu întoarcere liberă a fost sonda sovietică Luna 3 din octombrie 1959, care a folosit gravitația Lunii pentru a se întoarce înapoi pe Pământ după ce a făcut fotografii pe partea îndepărtată a Lunii .
La începutul anilor 1960 , NASA a efectuat studii asupra posibilelor traiectorii de întoarcere fără Pământ-Lună și a identificat două tipuri:
- o traiectorie circumlunară , în care vehiculul, venind de pe Pământ, traversează mai întâi orbita lunară în aval de Lună, apoi zboară peste fața ascunsă și în cele din urmă traversează din nou orbita în amonte de satelit, și apoi se întoarce pe Pământ completând, în un sistem de referință inerțial, o figură 8 în timpul traiectoriei;
- o traiectorie cislunară, în care vehiculul trece în amonte de Lună, zboară peste fața ascunsă pentru prima dată, trece printr-o orbită completă în jurul satelitului până când zboară peste fața ascunsă din nou, trece în aval de Lună și se întoarce pe Pământ .
În ambele cazuri s-a presupus că orbita de pornire în jurul Pământului era posigrada , adică în același sens de rotație ; în cazul orbitei retrograde, pe de altă parte, există alte două tipuri de traiectorii de întoarcere liberă pentru Lună, cu toate acestea, navele spațiale sunt rareori plasate pe orbite retrograde, deoarece acest lucru crește costul lansării.
Când periluniul orbitei este scăzut (adică vehiculul trece foarte aproape de Lună), timpul de zbor al traiectoriei cislunare este mai mare decât cel al traiectoriei circumlunare pentru aceeași înălțime a periluniului. În general, timpul de zbor al traiectoriei cislunare scade odată cu creșterea înălțimii periluniului, în timp ce cel al traiectoriei circumlunare crește odată cu creșterea înălțimii. Deoarece, în general, misiunile spațiale doresc să reducă timpul de zbor cât mai mult posibil și să treacă cât mai aproape de Lună, traiectoria circumlunară este cea mai utilizată.
În zborurile spațiale cu echipaj, traiectoria de întoarcere liberă vă permite să reveniți pe Pământ chiar și în cazul unei defecțiuni a sistemului de propulsie. Această tehnică a fost utilizată în misiunile Apollo 8 , Apollo 10 și Apollo 11 , unde traiectoria a fost concepută pentru a permite reintrarea directă pe Pământ fără a fi nevoie de manevre intermediare. Cu toate acestea, viteza de introducere în atmosferă este, în acest caz, mai mare (aproximativ 11 km / s) decât cea a unei reintrări atmosferice normale de pe o orbită terestră joasă (aproximativ 8 km / s), făcând astfel necesară o mai mult scut termic. robust.
Datorită unor restricții la locul de aterizare , care la rândul său a limitat alegerea traiectoriei de lansare, misiunile lunare post Apollo 11 au folosit o traiectorie hibridă: vehiculul a fost inițial lansat pe o traiectorie de întoarcere liberă, care nu era suficientă pentru a ajunge pe Lună (un orbită geocentrică eliptică), apoi a fost efectuată la jumătatea drumului o manevră propulsivă care a introdus vehiculul într-o traiectorie translunară care nu a permis însă întoarcerea liberă pe Pământ; aceasta i-a permis să se afle într-o traiectorie de întoarcere liberă după lansare și să o părăsească numai după ce au fost testate sistemele de propulsie și modulul lunar a fost cuplat la modulul de comandă oferind o capacitate de propulsie de rezervă. Acest lucru a fost de fapt necesar în timpul misiunii Apollo 13 , când, în urma unor avarii grave la unele sisteme de la bord, motorul modulului lunar a fost folosit pentru a returna vehiculul pe o traiectorie de întoarcere liberă circumlunară.
Pământ - Marte
Inginerul american Robert Zubrin a studiat mai multe traiectorii de întoarcere liberă de pe Pământ pe Marte pentru misiunea Mars Direct . Simplul transfer către Hohmann se poate face cu o întoarcere gratuită: călătoria către planeta roșie ar dura 250 de zile și, în cazul întoarcerii gratuite, ar mai dura aproximativ un an și jumătate să se întoarcă pe Pământ fără utilizarea propulsiei ; delta-v totală ar fi de 3,34 km / s. Un alt transfer pe Marte ar fi mai rapid (180 de zile), dar ar dura doi ani pentru întoarcerea gratuită pe Pământ și ar costa 5,08 km / s. Transferuri mai rapide ar necesita timpi chiar mai lungi pentru retur gratuit și delta-v mai mari.
Există, de asemenea, propuneri pentru traiectorii de întoarcere liberă care nu necesită gravitația lui Marte, dar sunt simple orbite de transfer din perioada de 1,5 sau doi ani. Cu toate acestea, orbita de transfer de doi ani are dezavantajul de a avea un coridor de reintrare foarte îngust pentru coborârea către Marte, ceea ce poate fi o problemă cu tehnologiile actuale; în plus, fereastra de lansare de pe Pământ ar avea și unele restricții.
