Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим, наконец, двухимпульсный маневр полета к Солнцу: удаление по гомановской траектории с полным погашением скорости в афелии и последующее прямолинейное падение на Солнце (или почти полное погашение с падением по огромной полуэллиптической траектории). Суммарная характеристическая скорость маневра находится сложением столбцов 2 (или 3) и 7 табл. 6 в § 4 гл. 13. Ее зависимость от расстояния от Солнца, на котором сообщается тормозной импульс, показана на графике в рис. 136. Как видим, суммарная характеристическая скорость по мере удаления от Солнца задает, стремясь к величине 16,653 км/с: в пределе, при третьей космической скорости, на бесконечности нужно сообщить импульс, равный 0—0=0. Сравнение графиков а ив показывает, что для околосолнечной области радиуса примерно 0,2 а. е. всегда можно подобрать двухимпульсный маневр, при котором 360 ГЛ. 15. зондирование межпланетного пространства
можно получить выигрыш в скорости. Наилучший выигрыш дает переход через бесконечность. Достижение Солнца при тормозном импульсе, сообщаемом на расстоянии 20 а. е. (за орбитой Урана), приводит к падению на Солнце через 33 года после старта (в том числе 16 лет прямолинейного падения) [4.6]. Очень долго! Практически поэтому область вокруг Солнца, для достижения которой целесообразно применять двухимпульсный маневр, еще более сужается. Реально, по-видимому, прямые полеты к Солнцу (без использования межпланетного пертурбационного маневра) удастся осуществлять лишь с помощью ядерных ракет.
§ 6. Выведение искусственной планеты веточку либрации
Для решения этой задачи во всех случаях подходят приемы, описанные в § 4 этой главы. Важно только иметь в виду, что колли-неарные точки либрации, о которых говорилось в § 8 гл. 13, находятся вблизи границ сфер действия планет, а потому, изучая движение на подходе к цели полета, приходится пользоваться численным интегрированием, учитывая притяжения Солнца, планеты и, возможно, ее крупных спутников.
Особенность выведения в колли неарные точки либрации системы Солнце — Земля заключается еще в том, что запуск производится не с гиперболической (относительно Земли), а с эллиптической начальной скоростью, но, естественно, близкой к параболической.
Оценим величину импульса при подходе к точке либрации. Объект, находящийся в любой из точек L1 и L2 может рассматриваться и как спутник Солнца и как спутник Земли с одинаковыми периодами обращения — ! год. Гелиоцентрическая скорость точки L1 — 29,5 км/с, геоцентрическая — 0,3 км/с. Гелиоцентрическая скорость точки L2— 31,1 км/с, геоцентрическая — 0,3 км/с (расстояния точек от Земли почти одинаковы)*). В системе отсчета, связанной с линией Солнце — Земля, скорости обеих точек, конечно, равны нулю. Теперь ясно, что импульсы скорости при подходе К Li и L2 еще меньше, чем 0,3 км/с, но точное значение их может быть найдено только в рамках ограниченной задачи четырех тел: Солнце — Земля — Луна — космический аппарат.
На рис. 137 показана траектория выведения космического аппарата на гало-орбиту вблизи точки L1 [4.37]. Траектория изображена в системе координат, вращающейся вместе с линией Солнце — Земля (один оборот в год). Старт предполагается 24 июля 1978 г. при «энергии запуска» (§5 гл. 2) — 0,58 км2/с2. Это соответствует геоцентрической скорости 10,989 км/с при высоте 200 км над Землей (на 26 м/с меньше соответствующей параболической скорости).
*) Предоставляем читателю самому разобраться в том, как получены указанные величины. § 7. научное значение искусственных планет
361
Переход на гало-орбиту требует импульса 100-М 75 м/с (в случае рис. 137 это происходит на 106-е сутки). Предусмотрены коррекции
ВО
Рис. 137. Выведение на гало-орбиту вблизи точки L1 системы Солнце — Земля. Числовые отметки указывают число суток, истекших после старта.
через 1, 30 и 70 сут после старта (импульсы 95, 10 и 1 м/с). Удержание аппарата на гало-орбите нуждается в характеристической скорости 10 м/с в течение года.
§ 7. Научное значение искусственных планет
Аппаратура межпланетных зондов предназначена для изучения электромагнитного и иных излучений (в том числе излучений Солнца), межпланетного магнитного поля, межпланетного газа, метеорных частиц, для исследований в области общей теории относительности. В частности, ценны измерения в те моменты, когда два аппарата находятся с противоположных сторон Солнца или на одной солнечной магнитной линии. Искусственные планеты несут вахту службы Солнца, что особенно ценно для безопасности космонавтов, если одновременно происходит какой-либо пилотируемый полет. С подобными целями был запущен ряд искусственных планет в Советском Союзе и США. Сюда относятся некоторые из советских станций серии «Зонд» и американские аппараты «Пионер-5—9».
10 декабря 1974 г. и 15 января 1976 г. были запущены с помощью американских ракет «Титан-30 — Центавр» на орбиты искусственных планет спроектированные и построенные в ФРГ аппараты «Ге-лиос-1» и «Гелиос-2». Их афелии находятся вблизи орбиты Земли, а перигелии на расстояниях соответственно 0,31 а. е. (46,4 млн. км) и 0,29 а. е. (43,4 млн. км) от Солнца; их периоды обращения 189 362 ГЛ. 15. ЗОНДИРОВАНИЕ МЕЖПЛАНЕТНОГО ПРОСТРАНСТВА
