Ответ в задаче прост.
Пусть искомый угол

отсчитывается так, что начальная скорость предмета относительно станции параллельна вектору

, где единичный вектор

направлен вдоль орбитальной скорости станции, а единичный вектор

- к центру тяготения. Тогда

где

находится как решение трансцендентного уравнения

(например, методом итераций). При этом число витков станции к моменту возвращения предмета

, полных витков -

. Для

получаем следующий ряд значений

(в градусах): 8,58; 4,96 и т.д.