A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | |
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1 | One stage from LEO | |||||||||||||||||||||||||
2 | ||||||||||||||||||||||||||
3 | 11 | Speed in AU/yr (only used for hypothetical delta-V), not end result | This section works from Au/yr | To confirm against New Horizons | To confirm against Voyager 1, set | |||||||||||||||||||||
4 | 1.4960E+11 | AU | back to required delta-V from | data, use a13-14 as 300,300k | a24 to 373k to get correct V at 4 AU. | |||||||||||||||||||||
5 | 52,145.9 | m/s | Earth orbit, assuming no gravity | a24-27 as 720k, 100k, 85k, 380. | Jupiter to 5.285 AU, 12381 m/s | |||||||||||||||||||||
6 | 1.36E+09 | E/kg | assist from Jupiter | These are just to get the C3 about | and 570 m/s (from Horizons). | |||||||||||||||||||||
7 | 1.33E+20 | MG of sun | | | right (2% off), but gets the velocities | ||||||||||||||||||||||
8 | 8.87E+08 | Extra energy at Earth radius | | | at 2,3,4 AU just right (both tangential | Correct answer is 20870 m/s at 8 AU | |||||||||||||||||||||
9 | 2.25E+09 | E/kg (solar escape but not earth) | | | and radial). Difference is likely Earth's | ||||||||||||||||||||||
10 | 29,784.48 | Speed of Earth | | | non-circular orbit. Then plug in for | ||||||||||||||||||||||
11 | 3.99E+14 | GM for earth | | | Jupiter (5.34, 12680, -509). These are | ||||||||||||||||||||||
12 | 6378 | Radius of Earth (km) | | | the actual values for Jupiter on the | ||||||||||||||||||||||
13 | 300 | Perigee of Earth orbit (km) | | | date of the New Horizons flyby. | ||||||||||||||||||||||
14 | 300000 | Apogee of Earth orbit (km) | | | Set the ISP to 0 for the Jupiter | ||||||||||||||||||||||
15 | 6.68E+06 | perigee from center (m) | | | assist, making it unpowered. | ||||||||||||||||||||||
16 | 3.06E+08 | apogee from center (m) | | | Finally, set the flyby distance to 32.4 | ||||||||||||||||||||||
17 | 10808.8 | Speed at perigee | | | Jupiter radius. | ||||||||||||||||||||||
18 | 7725.8 | Two limiting cases, double check: orbital speed (circular LEO orbit) | | | |||||||||||||||||||||||
19 | 10926.0 | orbital speed (super highly eccentric orbit) | | | Then at the very end, you can compare | ||||||||||||||||||||||
20 | 2.31E+09 | Final E/kg at perigee, assuming speed in A3 | | | against the New Horizons numbers | ||||||||||||||||||||||
21 | 67917.6 | Final V (solar system frame) | | | from the JPL trajectory. | ||||||||||||||||||||||
22 | 27324.3 | delta v needed from orbit, if no other assists | | | 52.09 AU, v=13838 m/s | ||||||||||||||||||||||
23 | ||||||||||||||||||||||||||
24 | 1,200,000 | Fuel mass | Now work forward, this time including powered Jupiter gravity assist | |||||||||||||||||||||||
25 | 100000 | payload mass (kg) | ||||||||||||||||||||||||
26 | 85000 | stage dry mass | ||||||||||||||||||||||||
27 | 380 | isp | This section just to compute a conventional C3 | |||||||||||||||||||||||
28 | 7497.5 | delta v provided by stage | 14688.3 | v earth frame, after Earth escape | ||||||||||||||||||||||
29 | 18306.4 | v (Earth relative), m/s | Convert back to solar system coordinates | 215.7 | C3 | |||||||||||||||||||||
30 | 1.68E+08 | e/kg | ||||||||||||||||||||||||
31 | 1.08E+08 | e/kg, after earth escape | ||||||||||||||||||||||||
32 | 14688.3 | V, m/s after Earth escape,earth relative | ||||||||||||||||||||||||
33 | 44,472.8 | V m/s, solar frame | ||||||||||||||||||||||||
34 | 9.89E+08 | e/kg, solar frame | Table for comparison plot to JPL | |||||||||||||||||||||||
35 | 1.02E+08 | e/kg after solar escape | Assuming no further assist | 2 | 33.026 | |||||||||||||||||||||
36 | 25439.2 | v at 4.0 AU | For checking against JPL | | | 3 | 28.196 | ||||||||||||||||||||
37 | 11118.2 | 4 AU transverse velocity (m/s) | | | 4 | 25.439 | |||||||||||||||||||||
38 | 22881.0 | 4 AU radial velocity (m/s) | | | 5 | 23.631 | |||||||||||||||||||||
39 | 14268.7 | v at infinity | | | 6 | 22.345 | |||||||||||||||||||||
40 | 3.01 | au/yr | | | |||||||||||||||||||||||
41 | ||||||||||||||||||||||||||
42 | 1.2669E+17 | GM for Jupiter | ||||||||||||||||||||||||
43 | 5.200 | Distance from sun (AU) | If you don't have specific values here (as from JPL Horizons), | |||||||||||||||||||||||
44 | 13061.4 | Tangential speed of orbit around sun (m/s) | use 5.2 AU, sqrt(mu/r), and 0 (circular orbit) | |||||||||||||||||||||||
45 | 0 | Radial speed | 13061.4 | Example of sqrt(MuSun/JupiterDist) | ||||||||||||||||||||||
46 | 0.00 | Angle of orbit to pure tangent | Not used; we assume Jupiter is just translating; coordinate systems are aligned | |||||||||||||||||||||||
47 | ||||||||||||||||||||||||||
48 | 2.72E+08 | e/kg at jupiter distance | This section assumes we can do a passive gravity | |||||||||||||||||||||||
49 | 23,341 | v (solar sys coords) at Jupiter | turn at Jupiter. In the Jupiter frame, | |||||||||||||||||||||||
50 | 8,552 | v (along orbit), by conservation of angular momentum | incoming and outgoing velocities are | |||||||||||||||||||||||
51 | 21,718 | v (perpendicular to orbit) | equal. So find incoming velocity, then | |||||||||||||||||||||||
52 | -4,509 | speed, along orbit, in Jupiter frame | apply the same velocity in the direction | |||||||||||||||||||||||
53 | 22,181 | incoming velocity, Jupiter frame | of Jupiter's orbit. Does not check for feasibility. | |||||||||||||||||||||||
54 | 35,242 | outgoing velocity, solar frame, assuming turn is possible | ||||||||||||||||||||||||
55 | 6.21E+08 | e/kg at jupiter distance | ||||||||||||||||||||||||
56 | 4.50E+08 | e/kg at infinity | ||||||||||||||||||||||||
57 | 30,013 | v at infinity | ||||||||||||||||||||||||
58 | 6.33 | au/year, passive gravity assist at Jupiter | These are theoretical best results. The required bend may end up | |||||||||||||||||||||||
59 | 101.73 | degrees bend, Jupiter frame | hitting Jupiter. See next section for more realistic calculations | |||||||||||||||||||||||
60 | ||||||||||||||||||||||||||
61 | 71,492 | Jupiter radius (km) | ||||||||||||||||||||||||
62 | 1.05 | Flyby perijove in units of radius | ||||||||||||||||||||||||
63 | 75066600 | Flyby distance (from center), m | ||||||||||||||||||||||||
64 | 1.29 | eccentricity | Eqns from https://ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-07-dynamics-fall-2009/lecture-notes/MIT16_07F09_Lec16.pdf, page 6 | |||||||||||||||||||||||
65 | 101.48 | turn angle (degrees) | ||||||||||||||||||||||||
66 | ||||||||||||||||||||||||||
67 | 2.46E+08 | incoming e/kg, Jupiter frame | 100000 | initial mass | ||||||||||||||||||||||
68 | 1.93E+09 | at perijove | 5000 | payload | ||||||||||||||||||||||
69 | 62187.6 | speed at perijove | 5000 | empty stage | ||||||||||||||||||||||
70 | 8575.7 | delta V added | 380 | isp | ||||||||||||||||||||||
71 | 70763.4 | new speed | 8575.7 | delta v | ||||||||||||||||||||||
72 | 2.50E+09 | new e/kg | ||||||||||||||||||||||||
73 | 8.16E+08 | new e/kg after exiting Jupiter gravity well | ||||||||||||||||||||||||
74 | 40399.6 | exit speed, Jupiter frame | ||||||||||||||||||||||||
75 | 1.97 | New eccentricity | ||||||||||||||||||||||||
76 | 61.11 | New turning angle | ||||||||||||||||||||||||
77 | ||||||||||||||||||||||||||
78 | 81.30 | Total tuning angle (1/2 of first part, 1/2 of second) | ||||||||||||||||||||||||
79 | -101.49 | entrance angle, jupiter frame | ||||||||||||||||||||||||
80 | 159.80 | exit angle, jupiter frame | ||||||||||||||||||||||||
81 | -37915.85 | x comp jupiter frame | ||||||||||||||||||||||||
82 | 13946.96 | y componnt | ||||||||||||||||||||||||
83 | 50977.2 | x solar frame | ||||||||||||||||||||||||
84 | 13946.96 | tangential v, solar frame | ||||||||||||||||||||||||
85 | 52850.7 | final v, solar frame | 29509.8 | gained by flyby | ||||||||||||||||||||||
86 | 1.40E+09 | e/kg, solar frame | ||||||||||||||||||||||||
87 | 1.23E+09 | e/kg after solar escape | ||||||||||||||||||||||||
88 | 49517.6 | v at infinity | ||||||||||||||||||||||||
89 | 10.45 | au/year | Table for comparison plot to JPL | |||||||||||||||||||||||
90 | 5 | 52.980 | ||||||||||||||||||||||||
91 | 8 | dist in AU | For example with known results, plug in distance here | 6 | 52.419 | |||||||||||||||||||||
92 | 1.34E+09 | e/kg | 7 | 52.014 | ||||||||||||||||||||||
93 | 51708.55 | m/sec | 8 | 51.709 | ||||||||||||||||||||||
94 | 20870 | m/sec | Plug in known value of velocity, e.g. from JPL Horizons | 9 | 51.470 | |||||||||||||||||||||
95 | 147.765% | Error | 10 | 51.278 | ||||||||||||||||||||||
96 | ||||||||||||||||||||||||||
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