Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Указанные значения суммарных характеристических скоростей примерно равны соответствующим значениям для «дважды гомановских» экспедиций на поверхности Венеры и Марса (во втором случае с реактивной посадкой; см. табл. 13 в § 5).
Малая сила тяжести на астероиде позволяет высадившимся на нем космонавтам быстро произвести обследование значительной 460
ГЛ. 22. МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ЭКСПЕДИЦИИ
площади, совершая в скафандрах прыжки на высоту 1 км без риска затеряться в пространстве, если только радиус астероида превышает 1—2 км. Посадки на астероидах, вероятно, не потребуют специальных посадочных отсеков. Физической силы космонавтов будет достаточно, чтобы нужным образом установить корабль на поверхности. Можно думать, что поверхностные породы на астероидах окажутся более рыхлыми, чем на больших планетах, и космонавтам совсем легко будет вырыть пещеры для защиты от метеоритов и вспышек на Солнце [4.120].
§ 9. Использование кораблей с малой тягой
Нетрудно предвидеть выгоды, которые сулит применение кораблей с малой тягой для межпланетных полетов человека.
Очевидно, межпланетный корабль с двигателями малой тяги (электрическими или солнечными) должен выводиться на околоземную орбиту с помощью мощной ракеты-носителя или, скорее всего, монтироваться на орбите. Затем осуществляется маневр ухода по спирали из сферы действия Земли, после чего начинается гелиоцентрическое движение при сложном управлении тягой корабля, которое должно обеспечить возможность захвата корабля полем тяготения планеты-цели. Внутри сферы действия посредством торможения осуществляется спуск на низкую орбиту искусственного спутника по скручивающейся спирали.
Чтобы вернуться на Землю, корабль, двигаясь по раскручивающейся спирали, достигает параболической скорости и, вырвавшись из сферы действия планеты-цели, переходит на гелиоцентрическую траекторию. Если не ставится задача повторного использования корабля, то этап снижения на низкую орбиту спутника Земли может быть заменен непосредственным входом в атмосферу посадочного отсека и последующим его аэродинамическим торможением.
Полезная нагрузка межпланетных кораблей с малой тягой должна составлять значительную часть начальной массы корабля. Она всегда можеть быть еще увеличена дополнительно, если сознательно пойти на увеличение продолжительности экспедиции. Этот метод не может быть использован в случае применения импульсных ракет, так как увеличение продолжительности экспедиции сверх того вре-v мени, которое требуется при использовании гомановских траекторий, смысла не имеет.
Задача отыскания оптимального управления тягой при перелете с помощью электрического двигателя заключается в том, чтобы, задавшись определенным уровнем полезной нагрузки, совершить путешествие в возможно более сжатые сроки или, наоборот, задав продолжительность экспедиции, совершить ее при максимальной полезной нагрузке. § 9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРАБЛЕЙ С МАЛОЙ ТЯГОЙ
461
На рис. 170, а и б показаны траектории полета к Марсу и обратно, рассчитанные с учетом эксцентриситета и наклона орбиты Марса [4.25, 4.121]. Предполагается, что двигатель позволяет регулировать величину и направление тяги во время полета.
Старт с околоземной орбиты производится 24 марта 1971 г. Через 50 сут (12 мая) достигается параболическая скорость. Еще через
cj 6J
Рис. 170 644-суточная экспедиция Земля — Марс — Земля на кораблях с двигателями малой тяги: а) траектория Земля — Марс; б) траектория Марс — Земля [4.121].
184 сут, 12 ноября 1971 г., корабль достигает района Марса и начинает спиральный спуск, заканчивающийся через 24 сут. После этого немедленно начинается разгон по раскручивающейся спирали, заканчивающийся еще через 24 сут, 30 декабря 1971 г. Таким образом, вре^я пребывания в окрестности Марса совершенно не включает в себя пассивного полета корабля. Гелиоцентрический перелет Марс — Земля продолжается 312 сут, и 7 ноября начинается спиральный спуск на орбиту спутника Земли, заканчивающийся через 50 сут, 27 декабря 1972 г. Вся экспедиция продолжается 644 сут, и общая ее схема сильно напоминает 400—500-суточные импульсные экспедиции; схема типичной такой экспедиции была показана на рис. 167 (§ 6).
Для операции, изображенной на рис. 170, полезная нагрузка составляет 19% начальной массы корабля на околоземной орбите; на двигательную установку (включающую в себя в бортовую электростанцию) приходится 24% ее, а на рабочее тело — 57%. Эти данные соответствуют двигательной установке с довольно большой «удельной массой»: на каждый киловатт выходной мощности реактивной струи приходится 10 кг массы. Если же «удельную массу» уменьшить вдвое, то доля полезной нагрузки возрастает до 36% за счет рабочего тела, на которое теперь приходится лишь 40% массы корабля [4.25].
Столь большой доли полезной нагрузки мы не видели, когда занимались импульсными полетами. А ведь в излагаемой схеме экспедиция завершается выходом на околоземную орбиту, а не 462
ГЛ. 22. МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ЭКСПЕДИЦИИ
входом в атмосферу. Наконец, высказывалось убеждение, что уже в ближайшие годы удельная масса ядерно-электрической установки сможет снизиться до 1 кг на киловатт выходной мощности реактивной струи [4.122],
