Космический корабль "Кассини" на фоне Сатурна
Схема гравитационных маневров космического корабля "Кассини" в процессе его полета к пункту назначения - планете Сатурн:
1 - запуск космического корабля 6 октября 1997года;
2 - первый облет Венеры 21 апреля 1998 года;
3 - ракетный маневр для изменения траектории 1 декабря 1998 года;
4 - второй облет Венеры 20 июня 1999 года;
5 - сближение с Землей 16 августа 1999 года и переход на траекторию полета к Юпитеру;
6 - сближение с Юпитером 30 декабря 2000 года;
7 - прибытие к Сатурну 1 июля 2004 года
|
Астрономы давно заметили, что комета при движении вблизи той или другой планеты меняет траекторию под действием гравитационных сил каждой из них. Как это происходит?
Законы движения и взаимодействия небесных тел, в частности в Солнечной системе, составляют содержание науки небесная механика, основы которой были заложены французским математиком и механиком Пьером Лапласом (1749 - 1827). Краеугольным камнем этой науки остаются законы движения планет Кеплера и закон гравитации Ньютона. Но со временем стало очевидно, что существуют вековые резонансы и до конца не понятые соизмеримости в механике космических движений, которые первым интуитивно угадал профессор Виттенбергского университета Иоганн Тициус, получивший таблицу квантованных расстояний положений главных планет в солнечном семействе.
В 60-х годах прошлого века талантливый практикант Лаборатории реактивного движения в Калифорнийском технологическом институте Майкл Минович предложил гениальную идею для ускорения космического аппарата только за счет гравитации, то есть без дополнительных энергетических затрат. Речь шла об использовании гравитационных полей планет. В гелиоцентрической системе отсчета (Солнце располагается в центре координат) наблюдатель увидел бы, что после облета встреченной планеты он приобретает новую скорость. Идеи Миновича нашли широкое практическое применение. Гравитационные маневры для наращивания скоростей космических зондов стали обычной практикой.
Не вдаваясь в математическое описание гравитационного маневра, который, кстати, и получил название гравитационная праща, уточним некоторые важные детали. Если сближение космического корабля происходит с внутренней стороны орбиты планеты, его скорость уменьшится. Последний вариант был использован на "Вояджере", когда ему понадобилось сбавить скорость, чтобы подлететь к самому большому спутнику Сатурна Титану. Когда корабль подлетает с внешней стороны и выходит на орбиту планеты, его скорость увеличивается. Так, оттолкнувшись от орбиты Юпитера, "Вояджер" с возросшей скоростью направился к Сатурну. Маневры были повторены и вблизи Сатурна, и вблизи Урана. В конечном счете на преодоление гигантского расстояния от Земли до Нептуна кораблю понадобилось 12 лет вместо 30, которые прогнозировались классической баллистикой.
Блестящий опыт "Вояджера" позволил ученым в последующих масштабных миссиях увеличить объем исследовательской аппаратуры за счет уменьшения веса топлива. Осенью 1989 года в США был осуществлен запуск космического зонда "Галилей", который был отправлен для всестороннего изучения атмосферы Юпитера и поверхностей его больших спутников. Трасса полета была рассчитана с использованием нескольких гравитационных маневров. На сей раз в игру вступали поля тяготения Земли и Венеры (1990 и 1993 годы). Это помогло ученым обследовать поверхность Венеры, отдельные области пояса астероидов и затем к концу шестого года полета приступить к своим основным обязанностям - заняться исследованиями газового гиганта Юпитера.
В октябре 1997 года в Соединенных Штатах был реализован самый амбициозный проект эпохи космических полетов - посылка к Сатурну настоящего корабля "Кассини". Его размеры превзошли все ожидания: высота двухэтажного дома, вес 6,25 тонн. Над разработкой научной аппаратуры трудились ученые из 14 стран. На сравнительно близких расстояниях от Солнца электроснабжение техники обеспечивают солнечные батареи, которые располагаются на "крыльях" всех зондов. На расстоянии Сатурна понадобилось бы покрыть батареями площадь размером в два футбольных поля. Размеры корабля "Кассини" требуют более мощной ракеты-носителя и большего запаса горючего для преодоления расстояния в 1 300 миллионов километров. Поэтому в качестве источника питания на "Кассини" был поставлен плутониевый генератор электроэнергии.
Время полета было сокращено до 7 лет благодаря четырем гравитационным маневрам: два у Венеры, один у Земли и последний у Юпи-тера. В декабре 2000 года гравитационная праща со стороны Юпитера "отстрелила" его в направлении к "властелину колец" - второй по величине планете Солнечной системы. Летом 2004 года космический титан достиг окрестностей Сатурна. Одной из важных задач является посадка на твердую поверхность спутника планеты Титана платформы с научным оборудованием. Предусмотрены возможные условия посадки: приземление на грунт и приводнение, поскольку, по предположениям ученых, на поверхности Титана могут существовать акватории из метана.
Маневры в гравитационных полях планет дают величину приращения скорости пропорционально своим массам. Так, Земля и Венера обеспечивают добавку в 7,5-7,9 километров в секунду, Сатурн - 26, а Юпитер - 43. Ученые полагают, что в будущем с помощью гравитационных эффектов можно будет разгонять космические корабли до скоростей, позволяющих отправить их за пределы Солнечной системы и поспать к ближайшим звездам. Природа подарила человечеству безграничные возможности!
|
