Descargo de responsabilidad: no soy un científico, solo tengo una buena comprensión de la física. Tuve preguntas similares cuando Mangalyaan se lanzó el año pasado y esto es lo que obtuve de mis conversaciones con personas que conozco, personas que trabajan con ISRO. Más que feliz de ser corregido si soy incorrecto en cómo interpreté sus explicaciones.
Primero, podría ser útil comenzar con este video simple que hace un gran trabajo al explicar qué sucedió exactamente: verá aparte del costo, por qué era importante mantener el tiempo bajo control / preciso para la inserción de la órbita de Marte (MOI). Míralo hasta el final.
Ahora, volviendo a la pregunta. Más específicamente, trataré de abordar la pregunta principal (porque no tengo suficientes detalles sobre las subpreguntas específicas). Una transferencia orbital interplanetaria se puede realizar en una sola etapa o en varias etapas. No es una fórmula simple y hay tantos factores / variables que deben considerarse. El costo / peso del combustible es definitivamente uno de los principales y eso explica gran parte de ello. Es cierto que la asistencia gravitacional probablemente sería la misma si se realizara en maniobras de órbita simple o múltiple. Sin embargo, hay tantas variables y fuerzas que entran en juego que podrían alterar la trayectoria de un vehículo espacial durante su movimiento. Podría haber errores de empuje, vientos solares, otras partículas planetarias / escombros que podrían alterar el camino. Para compensar tales errores, utilizan maniobras de corrección (a menudo llamadas TCM – maniobra de corrección de trayectoria). Además, lo que importa no es solo el camino, sino también la orientación del vehículo. Y las correcciones (aceleraciones, desaceleraciones, dirección, cambios de orientación del vehículo) podrían ser muy costosas si el error / desviación inesperado de la ruta prevista es enorme. Una parte importante del éxito del cohete es la cantidad de combustible; uno simplemente no quiere quedarse sin combustible en el último minuto (cuando es importante): la forma más fácil de lograr eficiencias controladas es controlando cuánto combustible / durante cuánto tiempo se quema. Aparentemente, el cambio de velocidad se rige por la “duración del disparo”, o la cantidad de masa que pierde el cohete. Sin embargo, no hay un efecto lineal entre el cambio de velocidad y la pérdida de masa. Se puede lograr un mayor impulso al quemar más combustible durante más tiempo (probablemente lo que hizo la NASA), o hacer varios disparos pequeños para lograr el mismo resultado final en tiempos de transferencia orbitales múltiples / más largos. Las maniobras grandes requieren “relaciones de masa” más altas (o simplemente cantidades extremadamente grandes de combustible). Vea la relación no lineal entre delta-v y la relación de masa aquí: /main-qimg-0b4dde35d7b13816bb0642455d32e6c0.png)
Además, también existe el problema de los retrasos en la comunicación de la señal: cuanto más avanza el cohete, más tiempo tarda una señal en transmitirse a la Tierra. En realidad es en segundos / minutos. Imagine que intenta una sola maniobra y la señal tarda unos 40 segundos en llegar a la Tierra, solo para darse cuenta de que el cohete está completamente fuera de curso debido a algunas fuerzas imprevistas. La corrección en ese caso requeriría grandes cantidades de combustible. Hay maniobras planificadas incluso en caso de transferencia de una sola órbita para orientación, etc., y luego hay maniobras no planificadas: todo esto es una OMI demasiado compleja y, por lo tanto, eligieron el camino de un mayor éxito probable sin gastar demasiados recursos. Creo que es genial.
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Para las personas interesadas en más, pueden leer las actualizaciones previas y posteriores al lanzamiento de ISRO. No es detallado, pero da una buena idea de lo que sucedió y por qué ISRO adoptó este enfoque:
Misión del Orbitador de Marte
Bienvenido a la Organización de Investigación Espacial India
Para las personas que desean aprender más sobre esto, deben profundizar en la ecuación del cohete Tsiolkovsky, delta-v, maniobras de corrección de trayectoria, inserción de órbita, etc.
Actualización (23/09): He estado leyendo demasiado sobre esto en Quora recientemente. Una explicación interesante de alguien de la NASA es algo así como: MAVEN y Mangalyaan de la NASA tenían objetivos diferentes y, por lo tanto, no son realmente comparables. Tiene sentido. Sin embargo, lo que me pareció más intrigante fue que ISRO realmente quería probar una misión interplanetaria de varias órbitas a Marte para validar una hipótesis para futuras misiones. Muy interesante y creíble.
Animación ligeramente no relacionada pero muy fascinante en vistas heliocéntricas (sol), geocéntricas (tierra) y marcianas de las órbitas de MOM y MAVEN. ISRO’s Mars Orbiter Mission y NASA / GSFC’s MAVEN
