نقل الطاقة المنخفضة

يُعرف الانتقال منخفض الطاقة، أو المسار منخفض الطاقة، بأنه مسار في الفضاء يسمح للمركبات الفضائية بتغيير مداراتها باستخدام وقود أقل بكثير من عمليات الانتقال التقليدية. [1] [2] تعمل هذه المسارات في نظام الأرض والقمر ، وكذلك في أنظمة أخرى ، مثل المدارات بين أقمار المشتري ^{. ويكمن عيب هذه المسارات في} أنها تستغرق وقتًا أطول لإكمالها مقارنةً بعمليات الانتقال ذات الطاقة الأعلى (التي تتطلب وقودًا أكثر)، مثل مدارات هوهمان الانتقالية .

تُعرف عمليات النقل منخفضة الطاقة أيضًا باسم مسارات حدود الاستقرار الضعيفة ، وتشمل مسارات الالتقاط الباليستية .

تتبع عمليات النقل منخفضة الطاقة مسارات خاصة في الفضاء، تُعرف أحيانًا باسم شبكة النقل بين الكواكب . يسمح اتباع هذه المسارات بقطع مسافات طويلة مع تغير طفيف في السرعة، أو دلتا-في .

تشمل المهمات التي استخدمت عمليات نقل الطاقة المنخفضة ما يلي:

• هيتن ، من وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (جاكسا)
• SMART-1 ، من وكالة الفضاء الأوروبية
• سفر التكوين ، من وكالة ناسا . ^{[ 3 ]}
• GRAIL ، من وكالة ناسا . ^{[ 4 ] [ 5 ]}
• دانوري من كاري ^{[ 6 ]}

تشمل المهام الجارية التي تستخدم عمليات نقل منخفضة الطاقة ما يلي:

• بيبى كولومبو ، من وكالة الفضاء الأوروبية / جاكسا ^{[ 7 ]}
• مشروع التخرج من وكالة ناسا
• سليم ، من جاكسا

تشمل المهام المقترحة التي تستخدم عمليات نقل الطاقة المنخفضة ما يلي:

• المركبة الفضائية الأوروبية الطلابية لدراسة القمر (ESMO)
• مارس دايركت

أُجريت أولى التجارب على نقل الطاقة المنخفضة إلى القمر عام 1991 بواسطة المركبة الفضائية اليابانية "هيتن" ، المصممة للدوران حول القمر دون الدخول في مداره. أُطلق القمر الصناعي الفرعي "هاغورومو" من "هيتن" خلال أول دوران له حول القمر، وربما دخل مداره بنجاح، لكنه تعرّض لعطل في الاتصالات.

سمع إدوارد بيلبرونو وجيمس ميلر من مختبر الدفع النفاث بالفشل، وساعدا في إنقاذ المهمة بتطوير مسار التقاط باليستي يمكّن مسبار هيتن الرئيسي من دخول مدار قمري بنفسه. اعتمد المسار الذي طوراه لهيتن على نظرية حدود الاستقرار الضعيفة، ولم يتطلب سوى اضطراب طفيف في مدار الدوران الإهليلجي، وهو اضطراب صغير بما يكفي لتتمكن محركات المركبة الفضائية من تحقيقه. ^{[ 1 ]} كان من شأن هذا المسار أن يؤدي إلى التقاط المسبار في مدار قمري مؤقت باستخدام دلتا-في صفرية ، ولكنه استغرق خمسة أشهر بدلاً من الأيام الثلاثة المعتادة لعملية نقل هوهمان. ^{[ 8 ]}

من مدار أرضي منخفض إلى مدار قمري، تصل نسبة التوفير في دلتا-في إلى 25% في عملية الاحتراق المطبقة بعد مغادرة المدار الأرضي المنخفض، مقارنة بعملية الاحتراق العكسي المطبقة بالقرب من القمر في عملية الحقن التقليدية العابرة للقمر ، وتسمح بمضاعفة الحمولة. ^{[ 9 ]}

وصف روبرت فاركوهار مسارًا مدته 9 أيام من مدار أرضي منخفض إلى مدار قمري بسرعة 3.5  كم/ث. ^{[ 10 ]} تتطلب مسارات مركبة بيلبرونو من المدار الأرضي المنخفض  احتراقًا بسرعة 3.1 كم/ث للحقن العابر للقمر، مما يوفر في السرعة لا يتجاوز 0.4  كم/ث. مع ذلك، لا تتطلب هذه المسارات الأخيرة تغييرًا كبيرًا في السرعة بعد مغادرة المدار الأرضي المنخفض، وهو ما قد يكون له فوائد تشغيلية في حال استخدام مرحلة عليا ذات قدرة محدودة على إعادة التشغيل أو البقاء في المدار، الأمر الذي يتطلب من المركبة الفضائية امتلاك نظام دفع رئيسي منفصل للالتقاط. ^{[ 11 ]}

بالنسبة للالتقاء بأقمار المريخ، تبلغ نسبة التوفير 12% لفوبوس و20% لديموس. يُستهدف الالتقاء لأن المدارات الزائفة المستقرة حول أقمار المريخ لا تقضي وقتاً طويلاً على مسافة تقل عن 10  كيلومترات من سطحها. ^{[ 12 ]}

• النقل ثنائي الإهليلجي
• ميزانية دلتا-في
• مساعدة الجاذبية
• شبكة النقل بين الكواكب
• ميكانيكا المدارات

• نظرية الميكانيكا السماوية تلتقي بتفاصيل تصميم المسارات
• عمليات نقل الطاقة المنخفضة من الأرض إلى القمر تستهدف مدار العبور الزائدي L1 يونيو 2005
• المسارات منخفضة الطاقة والفوضى: تطبيقات في ديناميكا الفضاء وعلم الفلك الديناميكي
• الإبحار في التيارات السماوية