一艘宇宙飛船可以訪問土星所有的內(nèi)部大衛(wèi)星 _宇宙

土星最大的衛(wèi)星。鳴謝:美國宇航局/ JPL加州理工學(xué)院/艾米麗·拉克達(dá)瓦拉剪輯/泰德·斯特萊克、戈丹·烏加爾科維奇、艾米麗·拉克達(dá)瓦拉和杰森·佩里處理
據(jù)《今日宇宙》（布萊恩·科柏林）：如果你玩過Kerbal太空計(jì)劃，你就會知道讓你的飛船進(jìn)入你想要的軌道有多困難。現(xiàn)實(shí)生活中就更難了。這就是為什么一次研究土星所有大型內(nèi)衛(wèi)星的提議令人印象深刻。
從廣義上講，軌道非常簡單。行星和衛(wèi)星基本上是橢圓形的。一旦開始運(yùn)動(dòng)，航天器通常會遵循橢圓或拋物線路徑，因此只需將您的航天器軌道與您的目的地和出發(fā)點(diǎn)對齊即可。如果你懂?dāng)?shù)學(xué)，你可以手工計(jì)算。一些早期的科幻小說作家，如羅伯特·海因萊茵和哈爾·克萊門特就是這樣做的，以確保他們的太空旅行故事是準(zhǔn)確的。
但是這些類型的簡單計(jì)算只確定了飛越路徑，它們沒有考慮到像重力彈弓這樣的節(jié)能技巧。讓宇宙飛船到達(dá)外太陽系的能量需求是如此之高，以至于即使是早期的木星及更遠(yuǎn)的任務(wù)也依賴于重力輔助，這是很難計(jì)算的。
正如我們從朱諾和卡西尼等任務(wù)中看到的那樣，將航天器放在行星軌道上非常有用，這樣我們就有足夠的時(shí)間收集數(shù)據(jù) 。理想情況下，對于像土星這樣的任務(wù)來說，你會希望在合理的時(shí)間內(nèi)到達(dá)環(huán)形行星，然后進(jìn)入圍繞行星的一系列軌道，幾次飛越有趣的衛(wèi)星，但這對任務(wù)來說是一個(gè)很大的要求。
挑戰(zhàn)之一與軌道能量有關(guān) 。為了快速到達(dá)土星，你需要提高速度。為了進(jìn)入軌道，你必須把大部分速度帶走。如果你想讓你的宇宙飛船在地球引力井深處運(yùn)行，這尤其具有挑戰(zhàn)性。對于卡西尼任務(wù) ，研究小組達(dá)成了一個(gè)妥協(xié)，使用不時(shí)接近土星內(nèi)部衛(wèi)星的軌道。這很好，因?yàn)榭ㄎ髂崽柕闹饕裹c(diǎn)是距離土星相對較遠(yuǎn)的土衛(wèi)六。

土星的兩個(gè)衛(wèi)星，土衛(wèi)四和土衛(wèi)五之間的軌道轉(zhuǎn)移。鳴謝:凡蒂諾等人
在返回土星的任務(wù)中，天文學(xué)家真的很想好好看看土衛(wèi)二。我們知道它有大量的液態(tài)水，是生命的絕佳候選。但它位于土星引力井的深處，軌道半徑只有土衛(wèi)六的五分之一。目前，最強(qiáng)的擬議任務(wù)是恩克拉多斯奧比蘭德，它將圍繞月球運(yùn)行約18個(gè)月。但是這將阻止該任務(wù)深入研究土星的其他衛(wèi)星。
這就是這個(gè)新提議的由來。與其簡單地關(guān)注土衛(wèi)二，為什么不花時(shí)間在土星的所有主要衛(wèi)星上呢？為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)提出了一套依賴于電力推進(jìn)引擎的復(fù)雜軌道。也被稱為離子推進(jìn)器，這種發(fā)動(dòng)機(jī)可以在長時(shí)間內(nèi)提供少量的推力。這個(gè)想法是逐步改變軌道，而不是一次性改變軌道。這些動(dòng)態(tài)軌道確實(shí)很難計(jì)算，但它們非常節(jié)能，并且可以隨著時(shí)間的推移進(jìn)行調(diào)整。
在他們的提案中，研究小組展示了電力推進(jìn)如何為不僅訪問土衛(wèi)二和土衛(wèi)六，而且訪問土衛(wèi)四、土衛(wèi)五和土衛(wèi)五的任務(wù)提供動(dòng)力。根據(jù)輕重緩急，這項(xiàng)任務(wù)可以放在這些衛(wèi)星周圍的軌道上，對每個(gè)星球進(jìn)行幾次近距離接觸。根據(jù)任務(wù)的時(shí)間長短，電力推進(jìn)可以是太陽能的，也可以是核能的。
這個(gè)最初的提議只是一個(gè)概念證明，但它表明下一次土星任務(wù)不必在土衛(wèi)二或另一個(gè)衛(wèi)星之間做出選擇。只要我們對自己選擇的軌道保持堅(jiān)定的目光，就有可能在土星系統(tǒng)中進(jìn)行一次盛大的旅行。
這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上。