Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Лучше обстоит дело с кометой Энке, проходящей перигелий (0,37 а. е.) 7 декабря 1980 г. (период обращения 3,3 года, наклонение 12°). При старте со скоростью 15 км/с (приведенной к поверхности Земли) вблизи узла орбиты Энке скорость пролета вблизи перигелия кометы равна 7,1 км/с; при старте со скоростью 13 км/с — скорость пролета 29 км/с. Она может быть уменьшена, если приложить еще один импульс на среднем участке [4.94].
Для научных наблюдений гораздо более интересная, хотя и более сложная задача,— сопровождение кометы, требующее встречи с ней на некотором расстоянии (без стыковки), что, как известно, предполагает выравнивание скоростей. Для этого нужен как минимум двухимпульсный маневр с выходом из плоскости эклиптики и — в некоторых случаях (например, полет к знаменитой комете Галлея) — преодоление в какой-то мере орбитального движения Земли. Однако в ряде случаев получаются вполне приемлемые значения~суммарных характеристических скоростей.
В одной из работ [4.95] приводятся результаты расчета на ЭВМ 59 многоимпульсных траекторий для встреч с 13 кометами (конечно, кометы Галлея среди них нет) во время их 15 появлений в центре Солнечной системы в период 1980—2000 гг. Суммарные характеристические скорости разрешают доставку в 58 случаях полезных нагрузок от 60 кг до 1,5 т с помощью ракеты «Титан-ЗО-Центавр» (иногда с присоединением ступени «Бёрнер-2») или более мощной «Титан-ЗР-Центавр». Число импульсов колеблется в разных случаях от 3 до 5. Трехимпульсный (биэллиптический) переход на орбиту кометы целесообразен в том случае, когда ее линия узлов близка к линии апсид, т. е. ее плоскость орбиты отклонена ст плоскости эклиптики как бы поворотом вокруг линии апсид. Тогда космиче- 436
ГЛ. 21. ПОЛЕТЫ R КОМЕТАМ
ский аппарат сначала по траектории, слабо наклоненной к эклиптике и близкой к полуэллипсу, приближается к афелию кометы, где второй импульс переводит движение в новую плоскость (поворот вектора скорости не требует слишком большого импульса из-за малости ее величины). Второй участок траектории (эллиптическое падение) уже близок к орбите кометы. Сближение с ней и выравнивание скоростей происходит где-то вблизи орбиты Земли. Пример: аппарат сходит с околоземной орбиты высотой 185 км со скоростью 5,97 км/с 26 февраля 1980 г., чтобы встретиться с кометой Энке через 3,82 года; второй и третий импульсы — 3,98 км/с"и 0,58 км/с [4.95] і).
Было разработано несколько вариантов встречи с кометой Галлея при использовании пертурбационного маневра во время пролета Юпитера или Сатурна. Идея такой операции проста. Космический аппарат, облетев планету (возможен, в частности, и активный маневр), выходит на эллиптическую гелиоцентрическую орбиту с афелием, лежащим за орбитой Юпитера или Сатурна, причем плоскость орбиты совпадает с плоскостью орбиты кометы Галлея. Расчет тот, что, приближаясь к Солнцу, аппарат наберет большую скорость, так что, когда его наюнит комета Галлея (где-то за орбитой Марса), разница скоростей будет не столь велика. После выравнивания скоростей с помощью разгонного импульса оба тела дальше движутся бок о бок. Суммарная характеристическая скорость при активном облете Юпитера равна 28 км/с и требует использования ракеты класса «Сатурн-5» при очень малой полезной нагрузке [4.96].
Комета Галлея, имеющая период обращения 76,029 года, эксцентриситет орбиты 0,967, перигелийное расстояние 0,587 а. е. и наклонение 162,21° (точность этих значений не гарантируется) [4.1Ї, в настоящее время возвращается из своего афелия, находящегося за орбитой Нептуна. Очевидно, описанная операция встречи должна быть начата загодя, а так как комета Галлея пройдет со скоростью 54,5 км/с свой перигелий 8 января 1986 г., то момент для старта, как это совершенно ясно, упущен. И действительно, чтобы использовать облет Сатурна старт должен был'состояться в 1973 или 1974 гг., а при облете Юпитера — в 1977 или 1978 гг.
Вследствие неточности знания нами кометных орбит (они испытывают большие возмущения от планет, особенно вблизи афелиев, и немалые — от реактивных сил, вызванных испарением льдов в ядрах вблизи перигелиев) полеты к кометам требуют большего запаса характеристической скорости для коррекций, чем полеты к планетам.
_ *) Период обращения кометы Энке 3,302 года, эксцентриситет 0,847, перигелийное расстояние 0,339 а. е., большая полуось 2,22 а. е., наклонение 11,97°. § 2. ПОЛЕТЫ С МАЛОЙ ТЯГОЙ
437
§ 2. Полеты с малой тягой
и отчетливо показывает
? момент встречи
Встреча
Применение ядерно-электрической двигательной установки (ЯЭРДУ) дает удивительный эффект при осуществлении операции встречи с кометой Галлея преимущества ЭРД перед ЖРД в такого~рода космических операциях.
Все траектории, рассчитанные на ЭВМ [4.95, 4.961, характерны тем, что космический аппарат, покинувший сферу действия Земли с помощью ЖРД, удаляясь от Солнца, сначала разгоняется, а затем тормозится посредством ЯЭРДУ таким образом, что в некоторый момент происходит разворот и начинается попятное движение к Солнцу (падение с реактивным разгоном), но уже с обратным обращением. Операция требует гораздо меньшего времени^ для своего завершения по сравнению с облетом Юпитера. В ""принципе момент еще не упущен! Кроме того, место встречи теперь ближе к Земле, а полезная нагрузка больше. На рис. 163 показана типичная траектория встречи с кометой Галлея. Она соответствует запуску 1 июня
