|
Дешевый и безопасный путь на Марс
|
|
|
|
Отправление космического аппарата на Марс сопряжено со множеством хлопот. Транспортные расходы выливаются в сотни миллионов долларов, даже если запускать транспорт в «окне запуска» — когда орбиты Марса и Земли оптимально располагаются каждые 26 месяцев. И все для чего? Чтобы шокировать мир: мы на Марсе. Космический аппарат разгоняется на тысячи километров в час, а затем пытается затормозить, чтобы не впечататься в поверхность планеты. Все это требует сотен килограммов дополнительного топлива, которое не только дорогое, но и может подвести, и судно не достигнет пункта назначения.
|
|
|
|
Этот подход грубой силы для достижения орбиты, который также называется гомановской траекторией, сложился исторически, позволяя космическим агентствам набивать карманы и расходовать огромные бюджеты. Но в эпоху сокращения бюджетов гомановская траектория становится слишком дорогой.
|
 |
|
Новое исследование предлагает более гладкий и безопасный путь для достижения орбиты Марса, не ограниченный окнами запуска или дырами в бюджете. Так называемый «баллистический захват» может открыть марсианский горизонт для множества роботизированных миссий, будущих экспедиций с людьми и даже колонизаторских усилий.
|
|
|
|
«Он раскрыл нам глаза, — говорит Джеймс Грин, директор планетарного отдела науки NASA. — Это может быть большой шаг для нас в плане экономии ресурсов и возможностей; мы всегда ищем подобное».
|
|
|
|
Суть баллистического захвата в следующем: вместо того чтобы стрелять по местоположению Марса, когда планета будет на орбите, на которой ее встретит космический аппарат, как это происходит с гомановской траекторией, космический аппарат просто забрасывается на марсоподобную орбиту так, что он летит перед планетой. Хотя стоимость запуска и обеспечения полета остается прежней, сжигать топливо для торможения — как в случае с гомановской траекторией — больше не нужно.
|
|
|
|
В случае с баллистическим захватом космический аппарат курсирует немного медленнее, чем Марс на своем орбитальном пути вокруг Солнца. В конце концов Марс наползает на аппарат, гравитационно захватывая его на планетарную орбиту.
|
|
|
|
Работа, посвященная новому методу отправки космических аппаратов на марсианскую орбиту, была опубликована в arXiv.
|
|
|
|
Идея баллистического захвата, также известного под низкоэнергетической траекторией, не нова. Еще четверть века назад в Лаборатории реактивного движения NASA Эдвард Бельбруно предложил экономически выгодный метод вывода на орбиту для лунных зондов. Японское судно Hiten впервые использовало его в 1991 году, а в 2011 году методику повторили в ходе миссии GRAIL.
|
|
|
|
Бельбруно работал над тем, как можно использовать конкурирующие гравитации Земли, Солнца и Луны, чтобы аккуратно затащить космический аппарат на необходимую лунную орбиту. Все три тела рассматриваются как чашеобразные провалы в пространстве-времени. Выстраивая траекторию космического аппарата через эти провалы, чтобы импульс ослабевал по мере прохождения по маршруту, можно просто «закатить» аппарат на дно небольшой чаши Луны, сэкономив массу топлива.
|
|
|
|
«Это осторожный танец», — говорит Бельбруно.
|
|
|
|
К сожалению, проведение подобного маневра с Марсом (или другим небесным объектом) казалось невозможным, потому что скорость Красной планеты намного выше, чем скорость Луны. Не было способа замедлить космический аппарат достаточно, чтобы он скользнул в гравитационный провал пространства-времени, потому что сама «чаша» была быстродвижущейся целью.
|
|
|
|
«Я отказался от этой идеи», — вспоминает Бельбруно.
|
|
|
|
Тем не менее, консультируя недавно Boeing, крупного подрядчика NASA, который занимается строительством Space Launch System (ракеты, которая в 2018 году будет готова для полетов на Марс), Бельбруно и его коллеги задумались о следующем: почему бы не взять курс на точку рядом с Марсом? Если отправить космический аппарат на орбитальный путь как угодно, от миллиона до десятков миллионов километров перед Красной планетой, Марс со временем догонит судно и осуществит баллистический захват. Boeing, заинтригованная новой идеей, вложилась в исследование, и вскоре авторы работы разработали несколько моделей.
|
|
Расширяя марсианские горизонты
|
|
|
|
Баллистический захват — не единственная техника экономии топлива при выходе на орбиту. Другой подход — аэрозахват — подразумевает, что прибывающий космический аппарат погружается в атмосферу Марса и позволяет трению съесть избыточную скорость, не тратя топливо зря на торможение. Этот метод, однако, требует наличия мощного теплового щита, что добавит дополнительную массу, а значит, и стоимость на взлете, а взамен позволит сэкономить немного топлива. Баллистический захват, говорят авторы исследования, «медленнее и мягче».
|
|
|
|
Баллистический захват предлагает множество преимуществ по сравнению с нынешними подходами по достижению Марса. Помимо отказа от сжигающей топливо гомановской траектории, он сокращает риски миссии, позволяя судну не использовать торможение в жестком окне перед Марсом, что может привести к промаху мимо цели. Также этот подход сокращает общее количество необходимого для миссии топлива на 25%, по грубым оценкам Бельбруно. Экономия топлива позволит нести большую нагрузку «за те же деньги». Большая нагрузка означает доставку на Марс большего количества роботов, материалов или что там еще может понадобиться.
|
|
|
|
Отказ от необходимости отправлять ракету в строго обозначенное окно запуска тоже очень важен, поскольку мы знаем — задержки взлета случаются часто. Если пропустить окно, миссия может отложиться на два года.
|
|
Для роботов и людей
|
|
|
|
Безусловно, баллистический захват выполняется с большим количеством оговорок. Прямой выстрел с резким торможением на Марс занимает порядка шести месяцев, тогда как поездка с использованием баллистического захвата продлится еще на пару месяцев. Без топлива высота захвата тоже довольно высока — на высоте 20 000 километров от Марса, это намного выше, чем расстояние, с которого спутники могут тщательно исследовать планету. Но если взять немного дополнительного топлива, можно легко подтолкнуть судно на стандартную орбиту в пределах 100-200 километров или прямо на поверхность Марса для приземления.
|
|
|
|
Для пилотируемых миссий баллистический захват будет смешанным удовольствием. С одной стороны, путешествие продлится дольше и усугубит проблемы перевозки людей на Марс. Мы переживаем, что команда исследователей Марса, закрытая в консервной банке на полгода, сойдет с ума — что уж говорить о восьми месяцах и о повышенной дозе радиации. По этой причине первыми испытателями нового метода Бельбруно будут роботизированные аппараты.
|
|
|
|
С другой стороны, поскольку уйдет необходимость ждать окна запуска, баллистический захват позволит сохранить устойчивый поток поставок на планету. Любые длительные миссии на Марсе однозначно будут зависимы от поставок материалов с Земли, пока на Красной планете не разовьется самодостаточное сельское хозяйство и промышленность.
|
|
|
|
В октябре Грин обсуждал вопрос использования новой концепции в переброске людей на Марс с Космическим центром Джонсона. Баллистический захват будет идеален для размещения спутников на ареостационарную орбиту — это как геостанционарная, только для Марса (Арес). Интернет и мобильные телефоны на Марсе лишними не будут, ведь так? Если подобный метод доставки грузов получится реализовать на примере Марса, в теории его можно использовать с любым миром в Солнечной системе.
|
|
|
|
Потенциально революционное исследование нового метода все еще находится в теоретической фазе. Текущие работы включают в себе переработку расчетов, связанных с гравитацией Марса и размерами космических аппаратов. Грин говорит, что агентство хочет испытать метод баллистического захвата на Марсе уже в 2020-х годах.
|
|
|
|
Бельбруно скрестил пальцы: «Я думал, дорога на Луну, которую я нашел в 1991 году, была единственным применением моей теории. И я очень рад, что ее может получиться повторить с Марсом».
|
|
|
|
http://hi-news.ru/space/ballisticheskij-zaxvat-deshevyj-i-bezopasnyj-put-na-mars.html
|
