Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
ГЛ. 19. ПОЛЕТЫ К ЮПИТЕРИАНСКИМ ПЛАНЕТАМ
сколько реальны такие орбиты? Автономная навигация вблизи Юпитера затруднена из-за огромной яркости планеты и больших «видимых» размеров ЕСЮ. Указывается, что из-за неуверенности в расстояниях первый облет будет на расстоянии от поверхности примерно 3000 км, а последующие — 1000-^-2500 км [4.80].
Если учесть, что вытянутые орбиты ИСЮ будут испытывать сильные возмущения от Солнца вблизи апоцентра и от сплюснутости Юпитера вблизи перицентра, то с учетом сказанного выше делается ясно, что такие орбиты очень неустойчивы и, при отсутствии управления, вполне возможно непредвиденное столкновение ИСЮ с ЕСЮ. Не подвержены такой опасности лишь круговые орбиты, радиусы которых не менее чем на радиус Юпитера отличаются от радиусов орбит галилеевых спутников, а также две особые орбиты: 1) орбита с радиусом перицентра, равным 3 радиусам Юпитера и наклонением 63°; 2) орбита выше орбиты Ганимера с периодом, кратным периоду Каллисто, движение по которой происходит так, что ИСЮ находится в перицентре, когда Каллисто — в точности на противоположной стороне Юпитера [4.82]. Очень тесно в системе Юпитера!
Для полноты картины заметим, что орбита стационарного спутника Юпитера должна иметь радиус, равный 2,3 радиуса Юпитера, что опасно, как мы знаем, для аппаратуры. С такого спутника было бы видно лишь 56% поверхности одного полушария Юпитера.
§ 7. Искусственные спутники других планет
группы Юпитера
Для запуска спутников Сатурна и следующих за ним планет особенно важно, чтобы траектории перелета с Земли были близки к гомановским. В частности, траектории типа «Гранд тур» нежелательны, так как приводят к большим планетоцентрическим скоростям входа в сферу действия. До 1990 г. наилучшие условия для старта к Сатурну при прямом перелете — в январе 1985 г. (прибытие к Сатурну в сентябре 1990 г.).
Кольца Сатурна запрещают запуск искусственных спутников на орбиты, пролегающие на расстояниях между 0,5 и 1,25 среднего радиуса Сатурна от поверхности планеты. Поэтому неосуществимы орбиты с периодами обращения от 4 до 14 ч. В частности, неосуществима стационарная орбита.
Для пертурбационных маневров, переводящих искусственные спутники с орбиты на орбиту, пригодны только спутник Сатурна Титан и спутник Нептуна Тритон. Их гравитационные параметры соответственно равны 9580 и 14000 км3/с2 [4.2], а радиусы примерно 2425 и 2000 км [4.1]. Увы, другие спутники гораздо меньше по массе, § 8. ПОСАДКИ НА ЕСТЕСТВЕННЫЕ СПУТНИКИ
417
так что в лучшем случае некоторые спутники Сатурна могут лишь слегка направить к Титану искусственный спутник.
Титан, находящийся от Сатурна на среднем расстоянии 20,22 радиуса планеты (1 222 ООО км, период обращения 15,945 сут), может быть эффективно использован для пертурбационного маневра. Искусственный спутник Сатурна (ИСС) может быть направлен к Титану с помощью небольшого импульса в апоцентре большой эллиптической орбиты, чтобы затем с помощью активного маневра у Титана уменьшить период обращения и еще сильнее уменьшить его после нескольких облетов. Утверждается, что при очень точном соблюдении условий подлета к Титану, делается реальным перевод космического аппарата с пролетной траектории на орбиту ИСС без какой-либо затраты топлива (кроме как на предварительную коррекцию). Для этого должно быть обеспечено точное время подлета к Титану (можно ошибиться, но именно на 16 сут) [4.681.
§ 8. Посадки на естественные спутники
Очевидно, посадки на естественные спутники будут производиться уже после выхода космического аппарата на орбиту искусственного спутника в плоскости орбиты спутника, т. е. для больших спутников — в экваториальной плоскости. При посадке на такие спутники, вероятно, понадобится реактивное торможение, хотя, по крайней мере, в случае посадки на Титан, возможно, удастся воспользоваться его атмосферой в качестве тормозной подушки. Но ...Титан может оказаться покрытым слоем жидкого метана.
При вычислении затрат характеристической скорости на посадку при реактивном торможении нет нужды одним импульсом выравнивать скорости космического аппарата и спутника (очевидно, на границе сферы действия спутника), а другим снижать скорость падения на спутник. Энергетически более выгодно заменить эти две операции одной. Мы так и поступали, когда рассчитывали скорости сближения с Луной и планетами. (Мы не выводили космический аппарат предварительно на орбиту Луны при достижении границы ее сферы действия и не делали этого, рассматривая полеты на планеты). Если считать, что естественный спутник нужным образом расположен на орбите, направления планетоцентрических скоростей уа аппарата и осп спутника на границе его сферы действия совпадают, а также пренебречь гравитационными потерями, то необходимый для торможения импульс найдется по формуле
Vt^=V (va —Vcn)2+ V^f где 1>осв — скорость освобождения на поверхности спутника. 418
ГЛ. 19. ПОЛЕТЫ К ЮПИТЕРИАНСКИМ ПЛАНЕТАМ
§ 9. Зондирование атмосфер юпитерианских планет.
Посадка на Плутон
Бессмысленно говорить о посадке на Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, так как эти планеты не имеют поверхности, а видимый край диска планеты представляет фактически границу плотной атмосферы (точнее, даже слоя облаков). Глубины атмосфер, постепенно сгущающихся, точно не известны, но речь идет во всяком случае о тысячах километров.
