Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Левантовский В.И. -> "Механика космического полета в элементарном изложении" -> 145

Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.

Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении — М.: Наука, 1980. — 512 c.
Скачать (прямая ссылка): mehanikakosmicheskogopoleta1980.djvu
Предыдущая << 1 .. 139 140 141 142 143 144 < 145 > 146 147 148 149 150 151 .. 221 >> Следующая


И еще одно замечание Разнообразие программ управления при полетах с малой тягой говорит о том, что траектории малой 346

ГЛ. 14. МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ПОЛЕТЫ С МАЛОЙ ТЯГОЙ

тяги чувствительны к ошибкам управления, а следовательно, и к корректирующим маневрам, также производимым при помощи малой тяги.

§ 3. Солнечный парус

Проблема выхода космического аппарата с солнечным парусом из сферы действия Земли была рассмотрена в § 10 гл. 5. Управление парусом вне сферы действия Земли более просто. Если заставить парус поворачиваться так, чтобы солнечные лучи все время были перпендикулярны к его поверхности, то космический аппарат

Рис 131. Схема полета с солнечным парусом: а) к внешним планетам; б) к внутренним планетам. Стрелки — векторы сил тяги.

окажется «погруженным в ослабленное поле тяготения» и начнет двигаться вокруг Солнца по эллиптической, параболической или гиперболической орбите.

Как показывают расчеты, аппарат массой 0,5 т смог бы при парусе диаметром 300 м, сделанном из пленок с поверхностной плотностью 0,2 мг/см2, достичь Марса по полуэллиптической траектории за 286 сут. Такой парус сообщал бы на орбите Земли ускорение 1 мм/с2«10~4 g, что составляет примерно Ve ускорения солнечного притяжения. При диаметре паруса 2 км корабль массой 5 т смог бы покинуть Солнечную систему [4.5].

Но выгоднее всего повернуть парус так, чтобы солнечный свет «дул почти в корму» корабля в его движении вокруг Солнца. При этом солнечные лучи будут косо падать на парус (от этого уменьшится давление), но зато сила тяги паруса будет направлена почти в сторону движения. Корабль по спирали начнет удаляться от Солнца (рис. 131, а).

На первый взгляд может показаться, что солнечный парус не позволяет приблизиться к Солнцу, но это не так. Расположив парус таким образом, чтобы давление солнечного света тормозило движе- § 3. СОЛНЕЧНЫЙ ПАРУС

347

нне корабля, мы заставим его двигаться по спирали внутрь нашей планетной системы, т. е. к орбитам Венеры и Меркурия (рис. 131, б).

Достигнув района планеты назначения, аппарат с солнечным парусом может пролететь мимо планеты, но может также в течение нескольких недель совершить сложное маневрирование парусом, учитывающее вблизи планеты существование затененной области пространства, чтобы снизиться к планете и выйти на орбиту ее искусственного спутника.

Если управление парусом осуществляется таким образом, что солнечные лучи падают на него под неизменным углом (это управление просто по идее, но не является оптимальным), то движение космического аппарата вне сферы действия Земли происходит по так называемой логарифмической спирали. Такой программе управления примерно соответствуют траектории, изображенные на рис. 131 (логарифмическая спираль пересекает все круговые орбиты под одинаковыми углами). Подобные перелеты должны быть выгодны с точки зрения их продолжительностей. Описанный выше парус диаметром 300 м при должной неизменной ориентации относительно солнечных лучей доставил бы полезный груз в 0,5 т к Марсу за 247 сут [4.5, 4.29].

По другим расчетам, тот же корабль, но с парусом диаметром 500 м сможет достичь Марса за 118 сут (не считая нескольких недель для выхода из сферы действия Земли) [4.5, 4.30]. Заметим, что импульсный гомановский перелет требует 259 сут (см. табл. 6).

К сожалению, однако, дело обстоит сложнее, чем может показаться. Логарифмическая спираль пересекает орбиту Земли (как и другие орбиты) под некоторым углом. Например, для указанного выше случая 247-суточного перелета этот угол должен составлять 8,5°. Для соответствующего направления гелиоцентрической скорости выхода из сферы действия Земли геоцентрическая скорость выхода должна, как показывает несложный расчет, равняться 4,4 км/с [4.29]. Но может ли аппарат с солнечным парусом, стартовавший с околоземной орбиты, выйти к границе сферы действия Земли с такой скоростью? Это сомнительно. Скорее всего эту скорость придется добавлять с помощью химического двигателя. Но тогда уж проще добавить эту скорость в нужном направлении и достичь Марса за гораздо более короткое время. По аналогичной причине понадобится дополнительный тормозной импульс при достижении планеты назначения, чтобы стал возможным выход на орбиту ее искусственного спутника.

Однако доказано, что перелет с орбиты Земли на орбиту другой планеты с помощью солнечного паруса возможен (при определенной программе изменения наклона паруса) по траектории, не пересекающей, а лишь касающейся орбит Земли и планеты назначения, причем начальная и конечная гелиоцентрические скорости равны орбитальным скоростям Земли и планеты. Но, к сожалению, продолжи- 348 гл. 14. межпланетные полеты с малой тягой

тельность перелета теперь будет гораздо больше. Например, при описанном выше парусе диаметром 300 м, создающем при нагрузке 0,5 т, если солнечные лучи падают на него отвесно, на расстоянии 1 а. е. от Солнца ускорение 1 mm/c2»10~4 g, перелет с орбиты Земли до орбиты Марса продолжался бы 405 сут. Даже если бы ускорение увеличилось вдвое (для чего при той же нагрузке диаметр паруса должен был бы равняться примерно 500 м), полет до Марса продолжался бы 322 сут, до Венеры — 164 сут, до Меркурия — 0,53 года, до Юпитера — 6,6 года, до Сатурна — 17 лет, до Урана — 49 лет, до Нептуна — 96 лет, до Плутона — 145 лет [4.313-
Предыдущая << 1 .. 139 140 141 142 143 144 < 145 > 146 147 148 149 150 151 .. 221 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed