Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Но низкие перицентры, даже значительно более высокие, чем наш, находящийся на нулевой высоте над поверхностью, не рекомендуются из-за опасности пояса радиации. В качестве минимального называется радиус перицентра, равный 9г*, т. е. 625000 км [4.79]. Однако допускается однократный пролет на более близком от Юпитера расстоянии, если затем с помощью разгонного импульса в апоцентре перицентр будет поднят выше. Например, предлагается сначала направить аппарат по планетоцентрической гиперболе с радиусом перицентра rn = l,8r*, в перицентре сообщить тормозной импульс 863 м/с, переводящий аппарат на орбиту с апоцентром радиуса 414
ГЛ. 19. ПОЛЕТЫ К ЮПИТЕРИАНСКИМ ПЛАНЕТАМ
150 г* у а в апоцентре добавить разгонный импульс 900 м/с и тем поднять перицентр до радиуса 14/-*, обеспечив движение по орбите 14г*-г-150 г* с периодом обращения 81,5 сут [4.80]. Предполагается, что один разведывательный «нырок» в «горячую» зону, опасную для аппаратуры космического аппарата, беды не принесет.
Может показаться, что подобные орбиты, на которых аппарат по месяцу и дольше будет находиться на расстояниях от Юпитера, превышающих 5 млн. км, не очень удобны для исследований, но скоро мы убедимся, что это совсем не так.
До 1979 г. были открыты 13 естественных спутников Юпитера (14-й был потерян астрономами вскоре после открытия, и орбита его осталась неизвестной: открытие было под сомнением). Пять из них — самые близкие к Юпитеру — лежат почти в плоскости экватора и обладают почти круговыми орбитами. Из их числа четыре, открытые Галилеем, имеют наибольшие размеры и массы. Приводим большие полуоси их орбит, периоды обращения, гравитационные параметры и средние радиусы: Ио — 5,95 г* (г*— радиус Юпитера), 1,769 сут, 5960 км3/с2, 1820 км; Европа — 9,47 г*, 3,551 сут, 3240 км3/с2, 1500 км; Ганимед — 15,1 г*, 7,155 сут, 9,930 км4/с2, 2635 км; Каллисто — 26,6г*, 16,689 сут, 7100 км3/с2, 2500 км1). Как видим, гравитационные параметры у всех галилеев-ских спутников, кроме Европы, больше лунного, а у Ганимеда и Каллисто радиусы больше радиуса Меркурия. Впрочем, последнее обстоятельство при пертурбационном маневре (а именно им мы и займемся) как раз невыгодно.
Поле тяготения Ио или Ганимеда может быть использовано для маневра, сопровождающего импульс двигателя с целью перевода космического аппарата на сильно вытянутую эллиптическую орбиту вокруг Юпитера. Например, с помощью Ио и реактивного импульса 825 м/с можно получить орбиту 6r*-M80 г* (период обращения 106 сут) [4.81], а с помощью Ганимеда и импульса 1740 м/с — 80-суточ-ную орбиту с перицентром 13 г* (без Ганимеда импульс нужен был бы на 450 м/с больше) [4.79]. Маневры совершаются при пересечении орбиты естественного спутника снаружи внутрь. Радиационная опасность, видимо, делает нецелесообразным использование Ио, не говоря уже о Европе.
Пролет искусственного спутника Юпитера (ИСЮ) мимо естественного спутника (ЕСЮ) может уменьшить или увеличить плането-центрическую скорость и соответственно уменьшить или увеличить период обращения, изменить наклонение, повернуть линию апсид. Возникает возможность, например, с помощью 20 пролетов мимо Каллисто превратить первоначальную экваториальную сильно вы-
1J Гравитационные параметры соответствуют решению 16-й Генеральной Ассамблеи MAC [4.2], а остальные данные взяты из статьи: P у с к о л Е. Л., Система спутников Юпитера,— Земля и Вселенная, 1978, № 4. $ 6 ИСКУССТВЕННЫЙ СПУТНИК ЮПИТ2РА
415
тянутую орбиту в круговую радиуса 26 г* и наклонением 60° [4.79J. Когда период обращения ИСЮ делается соизмерим с периодом обращения другого ЕСЮ (не того, который «раскачивает» орбиту), орбиту которого он пересекает, становится возможной его встреча с этим ЕСЮ, и таким образом возможна передача космического аппарата от одного ЕСЮ к другому.
В 1975—1976 гг. в США было рассчитано множество таких траекторий. На рис. 157 приведена одна из них — «орбита-цветок» [4.801 (изображены для ясности лишь отдельные витки). На 1-м витке орбиты ИСЮ находится на расстояниях 5,8 г*-f-150 г* от центра Юпитера (период 84,7 сут, прохождение через перицентр 27 января 1983 г.), на 43-м витке проходит перицентр в ноябре 1986 г. (ось апсид этого витка направлена на Солнце). На рис. 158,а показана другая орбита ИСЮ; на первых витках — раскачка с помощью Ио (большая начальная орбита уменьшается), далее пролеты над терминаторами сначала Каллисто (в частности, витки 16—18), затем Ганимеда (в их числе витки 45—48), и потом постепенный поворот
Рис 157. «Орбита-цветок» искусственного спутника Юпитера [4.80]
а)
4)
Рис 158 Раскачка и раскрутка орбиты искусственного спутника Юпитера [4.81].
плоскости орбиты с помощью Каллисто. На рис. 158,6 мы видим последний этап, как он должен наблюдаться со стороны Земли.
Легко понять, какие перспективы сулят подобные орбиты ИСЮ. При затратах топлива только на коррекцию можно обследовать все галилеевские спутники и другие ЕСЮ, которые можно будет изучать издали, а также планету и ее магнитосферу (особенно важен для последней задачи постепенный поворот линии апсид). Но на- 416
