Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
х) Эта зависимость слаба, если используется замкнутая система жизнеобеспечения.
2) Далее будет разъяснено, почему речь идет о н и з к о й орбите. 444
ГЛ. 22. МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ЭКСПЕДИЦИИ
Мы, однако, в дальнейшем будем для простоты, как правило, принимать полезную нагрузку за величину порядка 50 (независимо от варианта экспедиции), и для нас при оценке сложьости экспедиции не будет разницы между критерием минимума суммарной характеристической скорости и критерием минимума начальной массы на орбите. Авторы большинства публикуемых работ поступают точно так же, когда не идет речь о конкретном проектировании экспедиции, а достаточны довольно грубые оценки.
§ 3. Спуск на Землю при возвращении из экспедиции
Рассмотрение проблем межпланетных экспедиций мы начнем с обязательного этапа каждой экспедиции — возвращения на Землю.
Геоцентрическая траектория подлета к Земле возвращающегося корабля является гиперболой. Минимальная скорость входа в земную атмосферу при возвращении с какой-то планеты или с орбиты ее спутника равна минимальной скорости отлета с Земли при полете к этой планете, так как соответствует возвращению по полуэллиптической (гомановской) траектории. Эти скорости, по существу, указаны в столбце 3 табл. 6 в § 4 гл. 13.
Поэтому минимальная гиперболическая скорость возвращения из экспедиций к Марсу и Венере лишь ненамного превышает вторую космическую. Такой вход в атмосферу был фактически рассмотрен в § 2 гл. 11.
Однако во многих случаях, как мы увидим, целесообразно, чтобы траектория возвращения не была гомановской. Поэтому, как правило, скорости входа в земную атмосферу будут значительно превышать вторую космическую даже при возвращении от Марса и Венеры, не говоря уже о других планетах. При возврате с Марса скорость входа может превышать 20 км/с (см. ниже), минимальные скорости входа при возврате с Урана, Нептуна, Плутона будут порядка 16 км/с. Вход на подобных скоростях резко сужает коридор входа по сравнению со входом со второй космической скоростью.
Гак, при аэродинамическом качестве 0,5 ширина коридора входа составляет примерно 25 км в случае скорости входа 15 км/с, 16 км — при скорости входа 18 км/с и лишь 10 км — при 21 км/с (т. е. равна ширине коридора баллистического входа со второй космической скоростью). Предельная перегрузка при этом предполагается, как обычно, равной 10. При аэродинамическом качестве 1,0 коридор входа имеет ширину 23 км при входе со скоростью 18 км/с, сужается до 15 км для скорости входа 21 км/си почти до 10 км для скорости входа 24 км/с [4.102]. Высказывалось мнение § 3. спуск на зёмлю при бозв^ащении из экспедиции 445
[4.102], что с точки зрения точности систем навигации и наведения, обеспечивающих вход в заданный коридор, скорость прибытия к Земле 21,3 км/с является предельной. По другим данным [4.104], такой величиной при аэродинамическом качестве 0,5 является даже 16,8 км/с в случае, если бортовая система навигации полностью автономна; когда же используется наземная система навигации, то допустима скорость входа 18,3 км/с.
Для скорости входа порядка 15 км/с предлагался особый алгоритм управления, при котором для значений аэродинамического качества 0,3 и 0,5 обеспечивается посадка на расстоянии 10 000 км от точки входа. Траектория при этом, как и при возвращении с Луны (см. § 3 гл. 11), состоит из двух атмосферных участков, соединенных внеатмосферным, причем на первом скорость падает от 15 км/с до первой космической, но максимальные перегрузки (максимумов несколько) остаются в допустимых пределах. Ширина коридора для аэродинамического качества 0,3 равна 15 км, а для 0,5 составляет 22 км [4.105].
Вход с большими гиперболическими скоростями требует конструирования специальных теплозащитных экранов. Понадобятся многочисленные эксперименты для их проектирования, но предполагается, что космический корабль массой 4,5 т, входящий в атмосферу со скоростью 13,7—19,8 км/с, потребует экрана массой 1,8—4,5 т.
Весьма возможно, что при возвращении на Землю с очень большими скоростями наряду с аэродинамическим торможением потребуется и частичное ракетное торможение [4.106]. С другими способами уменьшения скорости подхода к Земле мы познакомимся в следующих параграфах.
Во многих проектах межпланетных экспедиций предусматривается выход корабля на околоземную орбиту.
Тормозной импульс, переводящий корабль на околоземную круговую орбиту, будет различным в зависимости от высоты орбиты при одной и той же межпланетной траектории возврата. Например, при возврате с Марса по полуэллиптической (гомановской) траектории необходим тормозной импульс 3,7 км/с, чтобы перевести корабль на низкую (около плотных слоев атмосферы) орбиту. Перевод на более высокие орбиты требует меньшего торможения. Оптимальной одноимпульсной круговой орбитой для скорости входа в сферу действия Земли 2,945 км/с, соответствующей такой траектории возврата, является орбита на высоте 85 544 км (согласно формуле (24) в § 7 гл. 13). Тормозной импульс, равный местной круговой скорости, составит 2,1 км/с, что даст выигрыш по сравнению с низкой орбитой на 3,7—2,1 = 1,6 км/с [4.5].
