Баллистические аспекты полета космического аппарата для изучения дальнего космоса

Инженерный журнал: наука и инновации

# 4·2016 1

УДК 004.3+519.6 DOI 10.18698/2308-6033-2016-04-1481

Баллистические аспекты полета космического

аппарата для изучения дальнего космоса

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Рассмотрена баллистическая часть проекта запуска космического аппарата на

300 астрономических единиц в направлении созвездия Геркулеса в целях изучения

межзвездного пространства и анализа влияния его на магнитосферу Земли. Про-

веден расчет энергетических затрат. Выдвинутым требованием было достиже-

ние поставленной цели не более чем за 25 лет. Принято решение на начальном

этапе полета использовать жидкостный ракетный двигатель для того, чтобы

покинуть так называемую сферу Хилла Земли, а затем использовать двигатели

малой тяги. С целью оптимизировать энергетические и временные показатели при

решении поставленной задачи планируется совершить два гравитационных ма-

невра у планет Юпитер и Уран, что также даст возможность провести съемку

поверхности Урана.

Ключевые слова:

дальний космос, космический аппарат, межзвездное простран-

ство, электрический двигатель, гравитационный маневр.

Введение.

Дальний космос за пределами Солнечной системы

остается самой малоизученной областью. Человечество уже

отправляло в космос такие межзвездные аппараты, как зонды Pioneer и

Voyager. В настоящее время они покинули пределы Солнечной

системы, однако их скорость не позволяет говорить о сколь-нибудь

быстром достижении цели. Так, Voyager 1, движущийся со скоростью

около 17 км/с, даже к ближайшей к Земле звезде Проксима Центавра

(4,2 световых года) будет лететь невероятно долго — 17 тыс. лет.

Очевидно, что с современными ракетными двигателями никуда

дальше Солнечной системы выбраться невозможно: для транспор-

тировки 1 кг груза даже к недалекой звезде — Проксима Центавра —

нужны десятки тысяч тонн топлива. При этом с увеличением массы

корабля возрастает количество необходимого топлива. Получается

замкнутый круг, ставящий крест на баках с химическим топливом:

постройка космического судна массой в миллиарды тонн

представляется совершенно невероятной затеей. Простые вычисления

по формуле Циолковского демонстрируют, что для ускорения

космических аппаратов (КА) с ракетным двигателем на химическом

топливе до скорости примерно в 10 % скорости света потребуется

больше горючего, чем доступно в известной Вселенной. В связи с

этим возникает задача поиска альтернативных решений

поставленной задачи.