Студентка Института авиационной и ракетно-космической техники Самарского университета им. Королёва Анастасия Романенко под руководством профессора кафедры теоретической механики Владимира Асланова рассчитала оптимальные условия, необходимые для успешной миссии по изучению спутника Марса Фобоса. В ходе научного исследования проведено моделирование орбит и рассчитаны начальные скорости космического зонда, позволяющие как можно дольше оставаться на орбите Фобоса. Полученные данные планируется использовать при проектировании миссий по изучению не только спутников Марса, но и других небесных тел.
«Изучение Фобоса с помощью космических аппаратов представляет собой достаточно сложную задачу из-за особенностей этого марсианского спутника — у него очень маленькая плотность, поэтому обычные кеплеровские орбиты, на которых работают космические аппараты вокруг Земли или Луны, в случае с Фобосом использовать не получится, необходимо рассматривать движение по квазиспутниковым орбитам», — рассказала Анастасия Романенко.
Внешне Фобос похож на гигантскую картофелину, испещренную «глазками» кратеров и рядами загадочных многокилометровых параллельных траншей глубиной до 20 м и шириной до 200 м, — как будто бы эту «картошку» начали было чистить огромной картофелечисткой, да так и не дочистили. Внутри, как предполагают ученые, Фобос пористый, причем пористый неравномерно, поэтому и гравитационное поле у него не только маленькое, но и неравномерное.
Для работы со столь малоизученным объектом предлагается использовать квазиспутниковые орбиты — это особые траектории, проходящие вне сферы основного гравитационного влияния малого небесного тела (того же Фобоса), и при этом подверженные воздействию гравитации со стороны более крупного и далекого небесного тела (например, Марса).
«Квази» в переводе с латыни означает «подобно», «почти», и объекты, движущиеся по квазиспутниковым орбитам, действительно ведут себя почти как спутники, но только почти. Это как приятели отличаются от настоящих друзей — друзья, как спутники, постоянно вращаются в сфере ваших интересов, а приятели-«квазиспутники» обычно держатся на некотором отдалении, но периодически, пусть и не очень близко, пролетают мимо вас по своей квазиспутниковой орбите. Такие орбиты имеют форму вытянутого эллипса. В начале XXI века было обнаружено, что у Земли, Венеры, Юпитера и Нептуна имеются квазиспутники.
«С точки зрения астродинамики, квазиспутниковые орбиты могут быть у многих космических тел, в том числе, например, и у Луны. Но в подавляющем большинстве случаев, для таких объектов как Луна, их использование, в рамках известных на сегодняшний день задач космонавтики, не имеет большого практического смысла – все актуальные задачи решаются с помощью традиционных кеплеровских орбит. Однако исследования Фобоса и других подобных ему тел необходимо проводить с помощью квазиспутниковых орбит», – подчеркнула Анастасия Романенко.
По словам Анастасии Романенко, в рамках научного исследования рассматривались квазиспутниковые орбиты высотой около 22 км. Такие орбиты подходят, например, для мониторинга поверхности Фобоса или доставки на марсианский спутник автоматической исследовательской станции. С учетом высоты орбиты был найден диапазон начальных скоростей, необходимых для того, чтобы космический аппарат находился на орбите как можно дольше, не падая при этом на Фобос и не улетая к Марсу.
«Путем компьютерного моделирования найден диапазон начальных скоростей космического аппарата, при которых квазиспутниковая орбита будет оставаться неизменной в течение длительного периода времени. Именно такие стабильные орбиты можно использовать, например, для мониторинга поверхности Фобоса, в том числе и при развертывании тросовой системы с закрепленной на ней полезной нагрузкой, которую требуется максимально безопасно опустить на Фобос», — пояснила автор исследования.
Как показали расчеты, если начальная скорость космического аппарата менее 12,75 м/с, то аппарат вскоре сходит с орбиты и падает на поверхность Фобоса. Если же его начальная скорость превышает 13,15 м/с, то аппарат спустя некоторое время покидает орбиту Фобоса и становится спутником Марса.
«В результате математического моделирования доказано, что орбита исследовательского спутника остается стабильной, если начальная скорость аппарата находится в диапазоне от 12,75 м/с до 13,15 м/с. При этом аппарат сможет оставаться на такой орбите достаточно длительное время – более семи земных суток. Полученные данные могут быть использованы при подготовке к будущим миссиям к Фобосу и другим небесным телам, требующим подобного подхода при изучении», — отметила Анастасия Романенко.
Справочно: Фобос (греч. «страх») — один из двух спутников Марса, наряду с Деймосом (греч. «ужас»). Оба спутника были открыты в 1877 году американским астрономом Асафом Холлом. За полтора века до этого, в вышедшем в 1726 году романе «Путешествия Гулливера» Джонатан Свифт писал, что астрономы летающего острова Лапуту открыли два спутника Марса. Космическое происхождение обоих марсианских спутников до сих пор остается неясным.
Нет комментариев