Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
10
Рис.140 Географические условия старта к Марсу Указаны времена года для северного по
лушария
самый южный пункт которого расположен под 35° с. ш., удобнее всего весной в те моменты, когда вследствие суточного вращения Земли космодром пересекает указанную окружность.
Для стартовых площадок, расположенных в северном полушарии, наиболее благоприятны те сезоны полетов к Марсу, которые приходятся на весну, менее же благоприятны осенние сезоны. Для космодромов в южном полушарии дело обстоит формально таким же образом, так как южная весна совпадает с северной осенью.
Благоприятные сезоны 1969 и 1971 гг. приходились на весну и начало лета в северном полушарии, что сделало возможным прямые (без выхода на околоземную орбиту) запуски американских космических аппаратов в сторону Марса с мыса Канаверал.
§ 4. Посадка на Марс
Скорость сближения с Марсом космического аппарата (скорость падения) минимальна при юмановском перелете и равна 5,7 км/г Ее можно принять за скорость входа в атмосферу, расчетную высоту которой считают равной 100 км [4 39].
Сравнительно малая скорость входа в атмосферу и, главное, малая плотность атмосферы Марса приводят к благоприятным условиям для посадки космического аппарата. Даже при вертикальном баллистическом входе в атмосферу с параболической скоростью максимальная перегрузка не превысит 50 Это значит, что для автоматических аппаратов не страшен никакой угол входа. Но оказы- 372
гл. 16. полеты к марсу
вается, что и для пилотируемых аппаратов (предельный коэффициент перегрузки равен 10) дело обстоит очень хорошо. Коридор входа даже при баллистическом спуске имеет ширину 320 км, а при аэродинамическом качестве, равном единице, его ширина составляем 440 км. При входе в атмосферу Марса со скоростью вчетверо большей, чем местная круговая (14 км/с), предельная перегрузка не будет превышена, даже если спускаемый аппарат обладает малым аэродинамическим качеством (меньше единицы) [4 14]. Использование большого аэродинамического качества будет затруднительно, так как потребует больших крыльев f4 13].
Малая плотность атмосферы Марса делает возможным крутой вход в нее, а значит, было бы возможно и целесообразно осуществить аэродинамическое торможение в нижних, наиболее плотных, слоях атмосферы. Предел тут кладет опасность неожиданной ударной встречи с поверхностью еще до раскрытия парашютной системы из-за незнания нами рельефа Марса. Для увеличения торможения посадочный аппарат снабжается лобовым экраном (аэродинамическим конусом) сравнительно большого диаметра (3,52 м у американского аппарата «Викинг»). На последнем этапе посадки, кроме парашютной системы большой площади, необходимо использовать после ее отбрасывания реактивное торможение с помощью бортовой тормозной установки. Лучше совершать посадку в районах, расположенных ниже среднего уровня планеты, где плотность атмосферы больше. Дополнительная трудность заключается в ураганных ветрах, дующих на Марсе (до 150 м/с). Поверхность в районе посадки должна удовлетворять определенным требованиям в отношении свойств грунта и крутизны склонов.
Целесообразно спускать на Марс лишь часть космического аппарата — посадочный отсек или несколько таких отсеков. Сам космический аппарат-носитель может при этом, двигаясь по пролетной гиперболической траектории, не войти в атмосферу Марса, а обо гнуть его или, уже после отделения посадочных отсеков, выйти на орбиту искусственного спутника Марса
Возможен и иной вариант, когда аппарат-носитель выходит на орбиту спутника вместе с посадочными отсеками, которые лишь после этого отделяются от него и совершают спуск в атмосфере. Этот вариант связан с дополнительными энергетическими потерями, так как тормозной импульс должен сообщаться большей массе. Положение дел здесь коренным образом отличается от того, с которым мы встречались при спуске на Луну. Наличие v Марса атмосферы дает преимущество, существенное в случае ограниченности энергетических ресурсов космического аппарата. Однако при спуске с орбиты делается возможным выбор места посадки.
Максимальная перегрузка при баллистическом спуске с низкой орбиты спутника Марса (например, при высадке на Марс людей) — порядка 1,5, в то время как при аналогичном спуске с низкой ор- посадка на марс
373
биты спутника Земли она равна примерно 8. Тепловые же потоки меньше, чем при спуске с околоземной орбиты, в 20 раз [4.38]. J Впервые в истории мягкая посадка на Марс была осуществлена 2 декабря 1971 г. В 12 ч 14 мин по московскому времени от советской станции «Марс-3», двигавшейся по пролетной траектории, отделился спускаемый аппарат, который через 15 мин с помощью собственного двигателя перешел на траекторию встречи с планетой. Затем аппарат развернулся, чтобы вход в атмосферу произошел под необходимым углом атаки. В 16 ч 44 мин аппарат вошел е атмосферу, и началось аэродинамическое торможение, закончившееся парашютным
Рис 141 Спускаемый аппарат (CA) «Марс 6» (в правой части — разрез) 1 — двигатель увода CA, 2 — двигатель ввода в действие вытяжного парашюта, 3 — антенны связи со станцией на орбите, 4 — парашютный контейнер, 5 — антенна радиовысотомера, 6 — аэродинамический тормозной конус, 7 — приборы и аппаратура системы автоматического управления, 8 — основной парашют, 9 — автоматическая марсианская станция
