Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
планет группы Юпитера
Как видно из табл. 10 в § 6 гл. 13, планеты группы Юпитера (Плутон не в счет) обещают наибольший эффект при их использовании для пертурбационных маневров. В особенности это касается Юпитера, во вторую очередь — Сатурна. Кольцо Сатурна в принципе не препятствует близкому (наиболее эффективному) облету его, так как космический корабль может проскользнуть в щель шириной 12 ООО км между внутренним краем кольца и плотными слоями атмосферы: предполагается, что эта щель свободна от твердых частиц, которые погибли, заторможенные разреженной атмосферой. Но такой маневр требует весьма большой точности навигации. Что касается наружного края кольца, то нет уверенности, что он не находится дальше известного сейчас края (радиуса более 2,3 экваториального радиуса Сатурна).
Рассмотрим несколько характерных операций. Начнем с той, которая уже используется на практике.
Земля — Юпитер — Сатурн. Старт для ускоренного перелета возможен ежегодно во время сезона продолжительностью примерно в месяц в течение четырех лет, причем этот период повторяется через 20 лет. Один из таких периодов с 1976 по 1979 гг. Начальная скорость при этом примерно равна минимальной скорости достижения Сатурна прямым путем, но все путешествие продолжается не 6 лет, а в 1,5—2 раза меньше, благодаря ускоряющему импульсу, сообщаемому Юпитером, причем путь до Юпитера проходится примерно за 500—600 сут. Расстояние от Юпитера при пролете равно нескольким радиусам планеты [4.38,4.71,4.72]. Мы познакомимся более подробно с_этой операцией, когда будет рассказываться о полетах американских "космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2».
Если не ставится задача ускоренного достижения Сатурна, то полет к нему через Юпитер возможен и при скорости, равной минимальной скорости достижения Юпитера [4.71]. Примером такого перелета может служить полет аппарата «Пионер-11», о котором будет также рассказано в § 11.
Интересны две следующие возвратные траектории.
Земля — Юпитер — Сатурн — Земля [4.73]. Благоприятные возможности для такой операции предоставляются ежегодно с 1977 по 1983 г. и затем с 1996 по 1999 г. (сезоны разделены синодическим периодом Юпитера — 399 сут), причем скорость входа в земную атмосферу во всех случаях менее 20 км/с (на высоте перигея 111 км), а энергия запуска менее 130 км2/с2 (т. е. начальная ско- 408 ГЛ. 19. ПОЛЕТЫ К ЮПИТЕРИАНСКИМ ПЛАНЕТАМ
рость Vo у поверхности Земли меньше 15,97 км/с), за исключением полета, начинающегося в феврале 1983 г., когда она равна 146,7 км2/с2 (^0 = 16,49 км/с). Если траектория пролета Сатурна проходит через щель между его кольцом и поверхностью планеты, то продолжительность всей операции уменьшается по сравнению с траекторией, проходящей снаружи кольца при старте в тот же сезон. При старте в 1979 г. разница составляет 3299 8—2527,2=772,6 сут, т. е. более 2 лет. Минимальная продолжительность (старт 8 июля 1999 г.) — 2148,2 сут (около 6 лет), максимальная (старт 8 января 1989 г.) — 3654,0 сут (10 лет).
Земля — Сатурн — Юпитер —Земля [4.73]. Благоприятные сезоны, разделенные синодическим периодом Сатурна (378 сут), существуют с 1979 по 1984 и с 1997 по 1999 гг. Все траектории, кроме соответствующей старту в октябре 1979 г. с облетом Сатурна внутри кольца, требуют энергии запуска менее 130 км2/с2. Продолжительности полетов: максимальная (старт 27 декабря 1982 г.) — 4303,9 сут (около 12 лет), минимальная (старт 14 июня 1997 г., пролет внутри кольца) — 3831,4 сут (10,5 года). Показанная на рис. 154 траектория соответствует энергии запуска 125,4 км2/с2 (V0 = 15,83 км/с), пролету Сатурна на расстоянии 3,25 и Юпитера на расстоянии 1,38 радиуса соответствующей планеты от ее центра.
В следующих трех вариантах Юпитер используется для достижения остальных планет группы Юпитера.
Земля — Юпитер — Уран. Такие полеты возможны ежегодно с 1978 по 1980 гг. [4.38]; наиболее приемлемые — в 1978 и
1979 гг. [4.74]. Конфигурация планет относительно Солнца повторяется через 14 лет. При скорости 7,9 км/с схода с орбиты высотой 200 км полет до Урана продолжается 5,04 года [4.74].
Земля—Юпитер — Нептун [4.38, 4.71, 4.74]. Полеты возможны с 1977 по 1985 гг., наиболее приемлемые в 1979 и
1980 гг. Повторение конфигурации через 13 лет. При скорости схода с орбиты 8,2 км/с полет продолжается 7,56 года. При той же начальной скорости полет до Нептуна по гомановской траектории длится около 31 года (табл. 6 в § 4).
Траектории полетов к Сатурну, или Урану, или Нептуну через Юпитер наименее чувствительны к начальным ошибкам в сезон 1979 г.
Земля — Юпитер — Плутон [4.38, 4.47, 4.74]. Повторение конфигурации через 12 лет. Плутон достигается через 8,93 года
после облета Сатурна и Юпитера [4.73]: / — старт 16 декабря 1981 г., 2 — пролет Сатурна 23 января 1986 г., 3 — пролет Юпитера 14 декабря 1991 г..4 — возвращение на Землю 1 сентября 1993 г. § 4. ПЕРТУРБАЦИОННЫЕ МАНЕВРЫ
409
при скорости схода с орбиты 9,0 км/с. Старты возможны в 1977 и
В следующих двух типах траекторий Сатурн помогает самостоятельно достичь следующих за ним планет.
