Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Скорость входа в атмосферу Юпитера без учета ее вращения составляет: при гомановском перелете 60,7 км/с, при параболическом 62,9 км/с (табл. 8,9). Если вход в атмосферу происходит вблизи экваториальной плоскости Юпитера и притом в направлении его вращения вокруг оси, то относительная скорость входа уменьшается на величину окружной скорости точки на экваторе (12,6 км/с) и составляет примерно 50 км/с.
Скорости входа в атмосферы Сатурна, Урана и Нептуна также мало отличаются от скоростей освобождения (даже при параболических траекториях перелетов).
Погружение в атмосферу Сатурна в экваториальной плоскости в восточном направлении уменьшило бы величины указанных в табл. 8,9 скоростей входа (36,6 и 38,8 км/с) более чем на 25%, так как окружная скорость здесь составляет 10 км/с, однако кольцо Сатурна должно препятствовать по крайней мере полному ее использованию.
Уран движется вокруг Солнца, почти «лежа на боку», наклон экватора к эклиптике 98°— обратное вращение к тому же. Поэтому вход в атмосферу на экваторе Урана никаких выгод не сулит.
В советской работе 1979 г. [4.83] указывается, что по существующим условиям навигационный коридор входа в атмосферу Юпитера имеет ширину 1100-4-1300 км. Это значит, что точность попадания по высоте составляет ±550-т-650 км. Как показал опыт спусков в атмосфере Венеры, научная аппаратура способна выдержать перегрузки 200-^300 единиц. Баллистический спуск в атмосфере Юпитера трудно осуществим, так как неточность знания нами атмосферы и ошибки навигации могут привести к перегрузке 4504-500. Слишком узок баллистический коридор входа. Использование же аппарата скользящего типа с аэродинамическим качеством 0,3 расширяет коридор входа до 1300 км (предполагается допустимая перегрузка 250), причем имеется в виду возможность управления подъемной силой путем изменения ее знака (см. § 2 гл. 11). Масса теплозащиты должна составлять 35 55% массы зонда.
По американскому проекту «Галилей» в январе 1982 г. должен быть дан старт космическому аппарату с атмосферным зондом в сторону Юпитера. Необходимая начальная скорость будет сообщена с помощью космического буксира IUS, выводимого на около- § 10. ПОЛЕТЫ С МАЛОЙ ТЯГОЙ
419
земную орбиту самолетом «Шатл». Аппарат, пролетев через 3 месяца после старта Марс, достигнет Юпитера в июле 1985 г. За 100 сут до этого аппарат будет переведен с попадающей траектории на пролетную, отделившийся же до этого неуправляемый зонд массой 250 кг и диаметром 1,3 м войдет в атмосферу под малым углом со скоростью 49 км/с (учтено вращение атмосферы). Зонд будет работать по крайней мере 30 мин после входа, и его сигналы будут ретранслироваться пролетающим над ним аппаратом «Галилей», который к этому времени выйдет на большую эллиптическую орбиту с относительно низким перицентром (радиус 360000 км). (После этого импульс в апоцентре увеличит радиус перицентра до 1 млн. км и начнутся маневры в полях тяготения галилеевских спутников.) Номинально зонд рассчитан на давление 10е Па (^10 атм), но, по-видимому, сможет передавать информацию и при давлении 4-Ю6 Па (40 атм). Спускающийся на парашюте зонд, уже выйдя из строя, в конце концов достигнет уровня, где архимедова выталкивающая сила уравновесит его вес х).
Как видно из табл 8 и 9, несмотря на то что скорость освобождения на Плутоне значительно меньше, чем на Луне, посадка на его поверхность, вероятно, покрытую метановым льдом, представляет более трудную задачу из-за большой скорости падения, которую нужно погасить реактивным путем.
§ 10. Полеты с малой тягой
Приведем примеры упрощенных и полной схем перелетов при использовании ЭРДУ.
Начнем с наиболее упрощенного (без двух околопланетных спиралей). 5-ступенчатая ракета «Титан — Центавр» выводит из сферы действия Земли со скоростью fBbix=7 км/с аппарат массой 2195 кг. Мощность СЭРДУ 15 кВт, удельный импульс 3000 с. СЭРДУ отделяется после 300 400 сут работы. Через 840 сут после старта бортовой ЖРД с удельным импульсом 372 с выводит аппарат на орбиту вокруг Юпитера с радиусами перицентра и апоцентра 6 и 37 радиусов Юпитера. Тормозной импульс ЖРД — 2,491 км/с, масса ИСЮ 762 кг 14.84].
Более сложна схема полета в следующем проекте, уже позволяющем осуществить выход на круговую орбиту. Выход из сферы действия Земли осуществляется с помощью ракетной ступени «Центавр», выводимой вместе с космическим аппаратом (общая масса
х) По измененному плану NASA ИСЮ выводится на орбиту через 2,5 года после запуска в феврале 1984 г. с борта «Шатла», по п>ти совершается активный пролет Марса (импульс 1 км/с). Зонд же запускается в марте 1984 г. (тоже с «Шатла») и достигает Юпитера через 2,5—3,5 года, отделившись от несущей платформы за 50—150 сут до этого. Платформа ретранслирует сигналы зонда, не выходя на орбиту ИСЮ. (Примечание при корректуре.) 420
ГЛ. Id. ПОЛЁТЫ к ЮПИТЕРИАНСКИМ ПЛАНЕТАМ
25,5 т) на околоземную орбиту высотой 500 км орбитальным самолетом. Геоцентрическая скорость выхода равна всего лишь ивых= =2,9 км/с. Мощность ЯЭРДУ на входе двигателей равна 120 кВт, удельный импульс ЭРД 5000 с. Весь перелет, начинающийся в 1986 г., продолжается 900 сут: 240 сут разгона, 320 сут пассивного полета, 340 сут торможения перед подлетом к сфере действия Юпитера и спуска по скручивающейся спирали (он продолжается 158 сут) на орбиту радиуса 5,9 среднего радиуса Юпитера, что соответствует радиусу орбиты спутника Ио. Всего за 18000 ч работы ЭРД расходуется 4,2 т ртути [4.85].
