Межпланетный бильярд
Представьте себе бильярдный стол длиной в километр и шары, видные только в подзорную трубу. А теперь попробуйте положить один в лузу
Александр Сергеев
Для Пятницы
02.03.2007, №37 (1811)За последнюю неделю сразу две межпланетные станции совершили гравитационные маневры: эти удивительные по точности операции в дальнем космосе позволяют сделать то, на что пока не способны ракеты. 25 февраля европейская станция “Розетта” прошла в 250 км от поверхности Марса. Тяготение планеты так изменило траекторию станции, что уже в ноябре она вернется к Земле, но не для посадки, а для следующего гравитационного маневра. После еще одной встречи с Землей, в ноябре 2009 года, станция наконец ляжет на орбиту, которая в 2014 году приведет ее к комете Чурюмова — Герасименко. Раньше исследования комет велись с пролетной траектории. “Розетта” должна выйти на орбиту вокруг кометного ядра, а также сбросить на него спускаемый аппарат массой 100 кг. При такой программе станция должна встретиться с кометой на небольшой скорости, двигаясь по близкой орбите.
Но даже у самой мощной европейской ракеты “Ариан-5” не хватило бы сил сразу вывести трехтонную станцию на кометную орбиту. Дело в том, что эта орбита наклонена к земной примерно на 7 градусов, а коррекция наклонения — самый дорогой космический маневр. По затратам топлива каждый градус наклона эквивалентен разгону на 0,5 км/с. В космонавтике все определяет скорость: околоземная орбита — 8 км/с, полет к Луне — 10, к Марсу — 12. Для полета к комете Чурюмова — Герасименко хватило бы начальной скорости 14 км/с, если бы не наклон орбиты. Для исправления наклона орбиты нужны еще 3,5 км/с, однако скорости в 17,5 км/с “Ариан” развить уже не может.
Гравитационный маневр позволяет преодолеть это ограничение. Проходя вблизи планеты, станция под действием ее тяготения совершает поворот и может изменить плоскость своей орбиты. А также, нагоняя планету по орбите, изрядно нарастить собственную скорость. В плане полета “Розетты” целых четыре гравитационных маневра: Земля — Марс — Земля — Земля. Это позволило обойтись на старте скоростью чуть больше второй космической (11,2 км/с), а значит, сэкономить топливо и нарастить массу станции.
Исполнение таких маневров требует фантастической точности космической навигации. Ошибка всего в несколько километров на расстоянии в сотни миллионов может погубить всю миссию. Представьте себе бильярдиста, который аккуратно кладет шар в лузу после того, как тот столкнулся с четырьмя другими шарами, разбросанными по полю. Причем игра идет на столе длиной в километр, а шары, за которыми вы следите в подзорную трубу, во время удара сами движутся по определенным законам. Невозможно? А между тем именно с такой точностью выполняется сейчас навигация в дальнем космосе. Даже, наверное, на порядок точнее. Впрочем, у астронавигаторов есть в запасе немного топлива, чтобы двумя маневрами слегка скорректировать орбиту. Так что, быть может, аналогия с керлингом покажется кому-то более подходящей, чем с бильярдом.
Другой пример гравитационного маневра дает зонд NASA “Новые горизонты”, направляющийся к Плутону. 28 февраля он достиг Юпитера после 13 месяцев полета — новый рекорд трассы. Прежний — 18 месяцев — был установлен в 1979 году “Вояджером-1”. Но даже такой скорости недостаточно, чтобы прибыть к Плутону вовремя. Он постепенно удаляется от Солнца, и вот-вот на нем начнет замерзать атмосфера. Благодаря мощному притяжению Юпитера полет займет всего 9,5 лет. “Вояджеру-1” на это понадобилось более 12 лет.
Сообщения о маневрах межпланетных станций уже никого не удивляют. Между тем такие маневры — порой единственный способ добраться до некоторых интересных объектов в дальнем космосе.
--------------------------------------------------------------------------------
ФАКТЫ
Идея гравитационного маневра впервые разработана в 1959 году в Математическом институте им. Стеклова и применена тогда же в полете станции “Луна-3”, получившей снимки обратной стороны Луны.
Первый гравитационный маневр у другой планеты (Венеры) совершил в 1974 году “Маринер-10” по пути к Меркурию.
Максимальное число гравитационных маневров — шесть: один у Земли, два у Венеры и три у Меркурия — запланировано для станции “Мессенджер”, стартовавшей к Меркурию в 2004 году. Причем все эти маневры направлены на снижение скорости — в этом специфика полетов к внутренним планетам Солнечной системы.
http://www.vedomosti.ru/newspaper/a...07/03/02/121724