當您可以探索所有月球時，爲什麼只訪問一個月球？

太陽系的衛星是值得探索的有趣物體。尤其是像歐羅巴和土衛二這樣的衛星。它們的地下海洋使它們成爲尋找生命的主要目標。

但是爲什麼不派一艘航天器去訪問幾個衛星呢？美國宇航局即將啓動其露西任務，該任務將訪問 8 顆獨立的小行星。對多個衛星的任務也可以這樣做嗎？

要讓航天器做到這一點，它就必須解決臭名昭著的三體問題，這會成爲一個頑固的夥伴。一項新研究提出了一種可能的方法來做到這一點。

像伽利略和卡西尼這樣的任務能夠收集一些關於木星和土星衛星的數據。但是他們進行了遠距離飛越；他們從未繞衛星運行。由於所涉及的所有引力，發送航天器來訪問並圍繞同一行星繞不同衛星運行是很棘手的。具有無限推進劑的航天器可以使用蠻力進出軌道。但這不是太空旅行的運作方式。一切都是從地球上用火箭發射的，費用很高，而且燃料必須小心使用。

一項新研究着眼於一種在不使用破壞任務的燃料的情況下在月球軌道之間移動航天器的方法。論文題目是“圓形受限三體問題中行星衛星鄰域之間的轉移設計：月球到月球的分析轉移方法”。該論文的第一作者是來自普渡大學航空航天學院的 David Canales。

“圓形受限三體問題”是太空旅行中需要更強大解決方案的棘手問題之一。在不同衛星之間轉移航天器的情況下。行星、衛星和航天器造成了難以駕馭的複雜引力情況。尤其是當衛星以不同的速度在不同的軌道平面上運行時。

他們的解決方案稱爲月月分析轉移 (MMAT） 方法。MMAT 是一種在衛星之間轉移航天器的通用方法，“······在圓形受限三體問題的背景下······”作者寫道。

“簡化的模型使分析約束能夠有效地確定在同一行星附近移動的兩個不同衛星之間轉移的可行性。特別是，實現了這兩個不同衛星的週期軌道之間的連接，”他們寫道。在他們的論文中，他們提出了兩個案例研究：一個是木星系統，一個是天王星系統。

作者解釋說，其他研究人員已經提出了三體問題的解決方案。但他們表示，由於不同的原因，這些解決方案並不令人滿意。例如，一些解決方案假設衛星在共面軌道上，這可能不正確。一些解決方案需要太多燃料並限制任務設計。當以更高的分辨率建模時，一些建模的解決方案並不適用。他們寫道，解決方案必須“……有時會根據具體情況進行調整。”

他們的 MMAT 方法更有效。他們將其描述爲“……適用於任何給定系統的衛星之間轉移設計的替代通用方法。”

MMAT 方法背後的具體數學計算超出了本文的範圍。有興趣的讀者可以自行探索該論文。對於我們其他人來說，論文的結論是最好的解釋。

作者的 MMAT 系統的優勢之一是它不假設獨立衛星的共面軌道。出於這個原因，MMAT 比以前的方法產生更好的解決方案。他們寫道：“……考慮到衛星在某個時期位於其真實軌道平面上，MMAT 方法產生了與實際月球軌道一致的衛星定相。”

MMAT 似乎爲訪問多個衛星提供瞭解決方案，這些解決方案不需要與以前的解決方案相同的高速度和長旅行時間。MMAT 產生“······在木衛三和歐羅巴附近的李雅普諾夫軌道之間的轉移，以及在 Titania 和 Oberon 附近的光環軌道之間的轉移，只使用一次機動。”

美國宇航局和歐空局的人們都在想着去冰冷的衛星的任務。歐空局正在開發木星冰衛星探測器（JUICE），該探測器將於 2022 年 8 月發射，並於 2032 年 9 月進入木衛三軌道。美國宇航局正在開發計劃於 2024 年 10 月發射的木衛二快船任務。木衛二快船不會圍繞歐羅巴本身運行。相反，它將圍繞木星運行，並將執行月球歐羅巴的飛越。（它仍然會做很好的科學。）

當 NASA 決定一項任務時，他們會從一組相互競爭的任務提案中選擇它。未被選中的人有時會被遺忘，有時他們會以更進化的形式返回以再次競爭。例如，美國宇航局最近宣佈了兩項金星任務，稱爲DAVINCI+和VERITAS。但他們的選擇意味着另一個木星衛星艾奧的任務失敗了。該任務被稱爲艾歐火山觀察員（IVO）。

但是，如果 NASA 和其他航天機構可以使用 MMAT 來掌握衛星之間的航天器轉移，那麼未來的情況就會有所不同。可以派遣航天器來調查多顆伽利略衛星。也許像 NASA 的 JUICE 和 IVO 任務這樣的任務可以以某種方式結合起來，並且 IVO 不會降級。

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