Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
403
нет, согретых не Солнцем, а внутренним жаром их недр, и, если правы оптимисты, какая, быть может, странная жизнь таится в толщах их атмосфер! Множество естественных спутников, из которых отдельные величиной с планету земной группы и которые — о, счастье! — обладают в отличие от своих планет-хозяек твердыми поверхностями (покрытыми льдом — водяным, углекислым, метановым?), на которые можно было бы совершить посадку, а некоторые — сносными для торможения атмосферами.
Среди холодных и темных пространств движутся планеты-левиафаны, окруженные спутниками и роями частиц. Мир фантастики!
Большой эксцентриситет и сильный наклон орбиты Плутона как и его малые размеры, выделяют эту планету и заставляют подозревать в ней или бывшего спутника Нептуна, покинувшего свою планету под действием возмущений со стороны других планет, или представителя занептунного пояса астероидов, нами еще не обнаруженного. В 1978 г. астрономы открыли и у Плутона спутник.
§ 2. Прямые перелеты
Под прямыми полетами мы будем понимать такие полеты, траектории которых на пути к конечной цели не пересекают сфер действия каких-либо промежуточных планет (примером непрямого перелета является уже знакомый нам перелет Земля — Венера — Меркурий, рассмотренный в § 3 гл. 18).
Ознакомление с табл. 6 и 7 (§ 4 гл. 13) поистине навевает грусть. И дело не в том, что минимальные начальные скорости отлета с Земли довольно велики (в конце концов все они меньше третьей космической скорости, а нам встречались и большие). Пугают очень большие продолжительности полетов.
Гомановский перелет к Юпитеру, начинающийся при скорости 14 км/с, продолжается без трех месяцев 3 года, а параболический более года. Минимальная начальная скорость достижения Сатурна всего лишь на 1 км/с превышает соответствующую величину для Юпитера, но время перелета составляет уже 6 лет. По параболической же траектории Сатурн может быть достигнут за 2,5 года. Все это более или менее терпимо. Однако с остальными планетами группы Юпитера дело обстоит гораздо хуже. Полеты к Урану, Нептуну, Плутону требуют мало отличающихся минимальных скоростей, так как они уже близки к третьей космической. Но продолжительности полетов, как видно из табл. 6 и 7, колоссальны. Полет до Плутона (при его среднем расстоянии) по параболической траектории продолжается более 19 лет! 21 января 1979 г. Плутон, двигаясь по'своей достаточно вытянутой орбите, оказался внутри почти круговой орбиты Нептуна и снова окажется дальше от Солнца, чем Нептун, только в марте 1999 г. (он достигнет перигелия в 1989 г), так что по- 404
ГЛ. 19. ПОЛЕТЫ К ЮПИТЕРИАНСКИМ ПЛАНЕТАМ
лет к Плутону с параболической скоростью, совершенный до конца столетия, должен продолжаться 13 лет. Ниже мы увидим, как можно достичь Плутона за более короткое время. Интересно, что параболический перелет до афелия Плутона, который находится на расстоянии 49,54 а. е. и в котором планета будет в 2113 г., должен продолжаться 27 лет — вдвое дольше, чем до перигелия
Синодический период обращения Юпитера равен 399 сут, т. е. благоприятный сезон наступает каждый год с опозданием немногим больше, чем на месяц, примерно так: август — сентябрь 1977 г., сентябрь — октябрь 1978 г., октябрь — ноябрь 1979 г., ноябрь — декабрь 1980 г., декабрь 1981 г.— январь 1982 г., февраль 1983 г., март 1984 г., апрель 1985 г., май 1986 г., июнь 1987, июль — август 1988 г., сентябрь 1989 г., октябрь 1990 г. Наиболее благоприятны те сезоны, которые приходятся на начало января и начало июня, когда Земля находится вблизи линии узлов орбиты Юпитера. При этом январские сезоны особенно удачны, так как в январе Земля находится вблизи своего перигелия, где ее скорость на 1 км/с больше, чем в афелии, проходимом в июне. (Это обстоятельство сказывается сильнее, чем при полетах к Марсу, так как теперь траектория перелета гораздо длиннее.) Старты в январские сезоны сопровождаются наименьшей начальной скоростью из всех возможных (по разным сезонам) начальных скоростей, угловой дальностью, близкой к 180°, наименьшим наклонением траектории перелета, продолжительностью полета порядка 1000 сут.
Синодические периоды остальных планет группы Юпитера немного превышают год (см. табл. З в § 1 гл. 13). Сезон, благоприятный для полета к Сатурну, наступает ежегодно с опозданием на две недели. Для Урана, Нептуна и Плутона опоздание наступает на срок от 5 до 1 сут. Космические аппараты к планетам юпитерианской группы можно запускать ежегодно, чтобы в течение долгих томительных лет ждать результатов эксперимента!
Большие дальности перелетов к Юпитеру и следующих за ним планет позволяют предполагать большую чувствительность траекторий к начальным ошибкам. Действительно, отклонение величины начальной скорости при полете к Юпитеру на 1 м/с вызывает отклонение в картинной плоскости для гомановской траектории на 340 000 км, для других траекторий на величину порядка 120 000 км. На среднем участке полета отклонение на 100 000 км, может быть компенсировано импульсом коррекции порядка 3 м/с. Для изменения длительности полета на 12 ч необходим импульс коррекции около 10 м/с [4.65].
