Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Земля — Сатурн — Уран [4.71]. Полеты возможны в 1979—1985 гг.
Земля — Сатурн — Нептун [4.71]. Полеты возможны в 1977—1985 гг.
Описанный ниже тип траекторий, вероятно, уже знаком читателю по публикациям во многих популярных изданиях. Он является развитием «ускоренной» траектории Земля — Юпитер — Сатурн.
Рис. 155. Траектории полетов «Гранд тур» (старты в 1976 — 1980 гг.) и Земля — Юпитер »-
Плутон (старт в 1977 г.).
Земля — Юпитер — Сатурн — Уран — Нептун [4.47, 4.74—4.76]. Такой полет получил в литературе название «Гранд тур» (Grand Tour — Великое путешествие). На рис. 155 показаны пять траекторий типа «Гранд тур», соответствующих стартам в 1976—1980 гг. во время ежегодных примерно трехнедельных окон запуска. Эти траектории в начале пути, на участке Земля — Юпитер — Сатурн, соответствуют рассмотренной выше «ускоренной» траектории. Следующий подобный полет можно начать лишь в 2154 г. Начало и конец периода 1976—1980 гг. определяются взаимным расположением Юпитера и Сатурна. Старт 14 сентября 1977 г. с энергией 120 км2/с2 обеспечил бы достижение Нептуна за 9,2 года [4.75]. Юпитер был бы пройдет 20 января 1979 г. на расстоянии 4,0 радиуса планеты от ее центра; Сатурн — 3 сентября 1980 г. на расстоянии 1,1 радиуса (т. е. внутри кольца); Уран — 1 февраля 1984 г. на расстоянии 1,9 радиуса планеты от ее центра; Нептун — 8 но-
1978 гг.
iT
JfenmffH 410
ГЛ. 19. ПОЛЕТЫ К ЮПИТЕРИАНСКИМ ПЛАНЕТАМ
ября 1986 г Перелет до Нептуна продолжается дольше (примерно 11 лет), если пролет Сатурна осуществляется вне его кольца. Во всех случаях гелиоцентрические участки Сатурн— Уран и Уран — Нептун являются резко гиперболическими. После же пролета Нептуна гелиоцентрическая скорость превышает местную параболическую относительно Солнца в несколько раз, и космический зонд стремительно направляется к окраинам Солнечной системы.
Возможны упрощенные варианты «Великого путешествия».
Земля'— Сатурн — Уран — Нептун [4.75]. Полеты возможны в течение нескольких лет после 1980 г. Они требуют начальной скорости, превышающей третью космическую (энергия запуска более 150 км2/с2).
Земля — Юпитер — Уран — Нептун [4.38, 4.76]. Благоприятны 1978—1980 гг. Следующий такой период — 2155 и 2156 гг. При старте 6 ноября 1979 г. с энергией 120 км2/с2 через 9,1 года, 28 ноября 1988 г., был бы достигнут Нептун.
Земля — Юпитер — Сатурн — Плутон [4.38, 4.76]. Благоприятны 1977 и 1978 гг. Следующий период — 2076 и 2077 гг. Маневр в гравитационном поле Сатурна теперь должен обеспечивать иное, нежели раньше, направление гелиоцентрической скорости выхода из сферы действия Сатурна. При старте 4 сентября 1977 г. с энергией 120 км2/с2 Плутон достигается через 8,5 года — 9 марта 1986 г., из которых 5,5 года уходит на почти прямолинейный участок (см. рис. 155) Сатурн — Плутон (в параболическом полете такой путь был бы пройден за 10 лет; это видно из табл. 7 в § 4 гл. 13, если учесть, что в 1986 г. Плутон будет находиться примерно на расстоянии Нептуна от Солнца).
Разумеется, многопланетные траектории, да еще столь длинные, как описанные, весьма чувствительны к малейшим отклонениям от расчетных характеристик при пролетах планет. Отсюда вытекают высокие требования к бортовым навигационным системам Должно быть учтено также влияние притяжения четырех больших («гали-леевых») спутников Юпитера — Ио, Европы, Ганимеда, Каллисто [4.38].
§ 5. Через Юпитер — к Солнцу и подальше
от плоскости эклиптики
С помощью Юпитера можно достичь близких окрестностей Солнца при малых энергетических затратах и за приемлемое время — в отличие от прямого полета к Солнцу и перехода через бесконечность (§ 5 гл. 15). При этом за один полет объектами исследования становятся два самых крупных тела Солнечной системы.
На рис. 156 представлена траектория облета Юпитера, требующая начальной характеристической скорости 16,5 км/с (включая потери 1,22 км/с). Пройдя на расстоянии 5,3 радиусаЧОпитера от § 5 ЧЕРЕЗ ЮПИТЕР - К СОЛНЦУ
411
Центра планеты, космический аппарат выйдет из сферы действия Юпитера, описав вокруг него петлю, сильно напоминающую петлю при облете Луны, и будет отброшен к центру Солнечной системы. Через 3 года после старта он пройдет со скоростью 298 км/с на расстоянии 0,2 а. е. от Солнца [4.77]. Попытка достичь этого расстояния прямым путем потребовала бы начальной скорости у поверхности Земли 16,84 км/сй(без учета потерь; расчет по формулам (8), (5') и (4) главы 13).
Было показано [4.71], что при начальной характеристической скорости 16,8 км/с (учитывающей потери, принимаемые за 1,22 км/с) облет Юпитера на должном расстоянии от его поверхности обеспечивает попадание на Солнце. При такой скорости можно было бы достичь Сатурна. Прямой путь к Солнцу потребовал бы, как мы знаем, четвертой космической скорости или, как минимум, начальной скорости 29,151 км/с у поверхности Земли (без учета потерь).
Нельзя ли возвратить на Землю космический аппарат, совершивший облет Юпитера, как бы перехватив его во время следования к центру Солнечной системы? Оказывается, что совершенно невозможно добиться, чтобы Земля в момент пересечения ее орбиты оказалась сколько-нибудь близко от точки пересечения. Например, на рис. 156 пересечение орбиты Земли происходит через 3 года после отлета с Земли, и Земля в это время находится вблизи точки 3„, а следовало бы ей находиться левее Зі (Зх— положение Земли в момент облета Юпитера). Если бы весь полет был значительно более длительным, как, например, при облетах более далеких планет, то было бы, видимо, легче привести в соответствие его продолжительность с движением Земли и обеспечить возвращение зонда на Землю.
