Не знаю як ти, шановний читачу, а я була дуже вражена, коли прочитала про невдалі місії до Марса. Особливо здивувало те, що деякі космічні станції взагалі не потрапили на Марс. Як не потрапили, чому? Поцікавилася, якою ж була траєкторія їхнього польоту. Чому саме така?

На схемах траєкторії міжпланетних польотів виглядають дуже просто: від Землі станція рухається по дузі еліпса, яка врешті впирається в планету. Таку орбіту (її ще називають гоманівською, на честь німецького вченого В. Гомана, який вперше запропонував її) диктує перший закон Кеплера. Теоретично вона гарантує мінімальні затрати енергії, оскільки космічні кораблі в цьому випадку більшу частину часу здійснюють вільний рух у полі тяжіння Сонця. Але реальний космічний апарат, запущений на цю орбіту, може схибити на багато тисяч кілометрів! Справа в тому, що на рух апарату впливає не лише Сонце, але й планети. Тому точно розрахувати, де опиниться апарат через місяць або через рік, можна лише за допомогою складного чисельного моделювання. Щоб розрахувати координати апарату та його швидкість, скажімо, за годину, задають початкове положення і швидкість апарату, враховують розташування планет і сили, які діють з їхнього боку. Потім цикл обчислень повторюють, і крок за кроком прораховують усю траєкторію. Потрібна надзвичайна точність, адже помилки виправити нелегко, а іноді й неможливо. Наприклад, у розрахунках траєкторії польоту до Венери відхилення початкової швидкості лише на 1 м/с призведе до промаху у 10 000 кілометрів, а це більше, ніж розміри планети.

Плануючи міжпланетні місії, враховують різні навігаційні прийоми. Швидкість витікання робочого тіла з ракетних двигунів приблизно 3 км/с. За формулою Ціолковського на кожні додаткові 3 км/с розгону втричі збільшується стартова маса космічної системи. Щоб з низької навколоземної орбіти (швидкість приблизно 8 км/с) відправити апарат до Марса гоманівською траєкторією, потрібна швидкість приблизно 3,5 км/с, до Юпітера – 6 км/с, до Плутона – 8–9 км/с. Тому корисне навантаження у польотах до далеких планет складає лише декілька відсотків від виведеної на орбіту маси, яка, в свою чергу, становить лише декілька відсотків від стартової маси ракети. Ось чому 700-кілограмові „Вояджери” запускала до Юпітера 600-тонна ракета „Титан”. А якщо мета – вихід на орбіту навколо планети, то виникає необхідність брати з собою запас палива і для гальмування, відтак стартова маса значно збільшується.

Схема польотів АМС серії „Піонер”

Мал. 1. Схема польотів АМС серії „Піонер”

Для економії палива та досягнення високих швидкостей у польотах автоматичних міжпланетних станцій до далеких планет Сонячної системи використовують гравітаційний маневр, або ефект пращі. Це – розгін, уповільнення або зміна напряму польоту космічного апарата під дією гравітаційних полів небесних тіл.

Схема польотів АМС „Вояджер-1”, „Вояджер-2”

Мал. 2. Схема польотів АМС „Вояджер-1”, „Вояджер-2”

У своїй роботі „Тим хто буде читати, щоб будувати” (1918–1919), опублікованій у 1937 році, наш земляк Олександер Шаргей (Юрій Кондратюк) довів, що подорожуючи між двома планетами, космічний апарат під впливом їхньої гравітації може прискорюватися на початку своєї траєкторії і сповільнюватися наприкінці. Фрідріх Цандер у своїй праці „Проблема польоту за допомогою реактивних апаратів: міжпланетні польоти” (1925) висловив аналогічні міркування. Але жоден з них не припустив, що гравітаційний маневр поблизу планет може прискорити апарат і значно зменшити кількість палива, необхідного для подорожі між планетами. Це відкриття зробив Майкл Мінович 1961 року.

Вперше гравітаційний маневр здійснила в 1974 році американська станція „Маринер-10”, пролетівши поблизу Венери у напрямку до Меркурія.

Траєкторія польоту апарату „Улісс”

Мал. 3. Траєкторія польоту апарату „Улісс”

Спираючись на ідею Кондратюка, траєкторії міжпланетних перельотів часто прокладають поблизу планет не лише заради їхнього дослідження, але й для гравітаційного маневру у напрямку наступної, віддаленішої планети. Цей „фокус” називають пертурбацією. Його неодноразово застосовували під час подорожі „Піонерів” (мал. 1) і „Вояджерів” (мал. 2) за маршрутом Земля – Юпітер – Сатурн – Уран – Нептун. Для огляду полярних областей Сонця апарат „Улісс” пролетів маршрутом Земля – Юпітер – Сонце (мал. 3), а щоб дістатися без зайвих витрат пального до Юпітера, апарат „Галілей” рухався за маршрутом Земля – Венера – Земля – Юпітер. Гравітаційні маневри здійснювала і автоматична міжпланетна станція „Касіні” (мал. 4).

Схема польоту АМС „Касіні”

Мал. 4. Схема польоту АМС „Касіні”

Часто говорять про „захоплення” астероїдів і комет гравітаційним полем планет. Безперечно, захоплення без втрат енергії неможливе: якщо якесь тіло наближається до масивної планети, модуль його швидкості зростає, а потім настільки ж зменшується, коли тіло віддаляється. Космічні апарати, які виводять на орбіту супутники, гальмуються у верхніх шарах атмосфери (aerobraking), а у „чистому” гравітаційному маневрі правило рівності модуля швидкостей до і після зближення з планетою зберігається неухильно.

Як видно з таблиці 1, найвигіднішими є маневри поблизу планет-гігантів, причому, вони помітно скорочують тривалість польоту. Всі наведені в таблиці дані стосуються пасивного маневру, але якщо в певній точці траєкторії польоту двигун створить невеликий реактивний імпульс, це дасть суттєвий додатковий виграш.

Таблиця 1. Максимальні прирости швидкостей (у км/с) під час гравітаційного маневру.

Таблиця 1. Максимальні прирости швидкостей (у км/с) під час гравітаційного маневру.

Переваги гравітаційного маневру до планет-гігантів у порівнянні з гоманівською орбітою такі значні, що корисне навантаження апарата можна збільшити вдвічі, а час його прибуття в заплановану точку при цьому скорочується. Маневри поблизу Землі, Венери і навіть Місяця теж використовують, але вони значно збільшують тривалість космічної подорожі: маса в цьому випадку, так би мовити, „розмінюється” на час польоту, і завершення місії доводиться чекати зайві 2–3 роки. Однак прагнення скоротити витрати на дорогі космічні програми змушує змиритися з довготривалими проектами. Тому маршрут польоту зазвичай обирають, охоплюючи кілька планет.

Так, 1986 року гравітаційний маневр поблизу Венери забезпечив зустріч радянських апаратів „ВЕГА-1” і „ВЕГА-2” з кометою Галлея. Зонд ISEE – 3/ICE чотири роки (1978–1982) вивчав Сонце з орбіти Землі, а потім шляхом складних гравітаційних маневрів поблизу Землі і Місяця був спрямований на зустріч з кометами Джакобіні–Циннера (1985) і Галлея (1986) (мал. 5).

Траєкторія зонда ISEE – 3/ICE.

Мал. 5. Траєкторія зонда ISEE – 3/ICE.

Найбільш складні, але тим і цікаві – пертурбації поблизу декількох небесних тіл. Наприклад, станція „Галілео” на шляху до Юпітера спочатку здійснила гравітаційний маневр у полі тяжіння Венери, а потім ще два – поблизу Землі. Такі польоти можливі лише за певного розташування планет.

Найзнаменитіше „велике турне” здійснив „Вояджер–1”, який послідовно пролетів поблизу Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна. Його близнюк „Вояджер-2” міг би пройти тим самим маршрутом, проте вчені вирішили спрямувати його до супутника Сатурна Титана, який безповоротно відхилив траєкторію станції від напряму на Уран. Це було нелегке, але правильне рішення, завдяки якому через 24 роки зонд „Гюйгенс” здійснив успішну посадку на Титан.

Рекордсменом за кількістю гравітаційних маневрів є місія „Розетта”, відправлена Європейською космічною агенцією 2 березня 2004 року. „Розетта” – перший апарат, який вийшов на орбіту комети Чурюмова-Герасименко1 і зблизька спостерігав за її ядром та хвостом. Апарат складався з двох частин: власне зонду „Розетта”, що вийшов на орбіту комети, та спускового модуля „Філи”, який 12 листопада 2014 року здійснив першу у світі м’яку посадку на поверхню комети. Назва зонду походить від Розеттського каменю, за допомогою якого вчені розшифрували давньоєгипетські ієрогліфи.

1Комета Чурюмова–Герасименко (67P/Churyumov–Gerasimenko) – короткоперіодична комета з періодом обертання 6,6 року. Комету відкрив 23 жовтня 1969 року Клим Чурюмов у Києві внаслідок вивчення фотопластинок комети 32P/Комас Сола, знятих Світланою Герасименко в Алма-Атинській обсерваторії у вересні того ж року.

Приземлення на комету розміром (4,1×3,2×1,3) км, яка рухалася зі швидкістю 18 км/с, відбулося на відстані 510 млн км від Землі. Радіосигнал долає таку відстань півгодини, тому контроль за посадкою в реальному часі неможливий. Траєкторія „Розетти” (мал. 6) досить складна. Її політ передбачав багато маневрів з використанням гравітаційного поля Землі й Марса, і навіть невеликі відхилення могли вплинути на успіх місії. Зверніть увагу на кількість гравітаційних маневрів. Яка чудова робота всіх, причетних до цієї важливої надскладної місії!

Схема місії „Розетта”

Мал. 6. Схема місії „Розетта”. 1 – березень 2004: запуск КА; 2 – березень 2005: перший проліт повз Землю; 3 – лютий 2007: проліт повз Марс; 4 – другий проліт повз Землю; 5 – вересень 2008: зближення з астероїдом Штейнс; 6 – листопад 2009: третій проліт повз Землю; 7 – липень 2010: зближення з астероїдом Лютеція; 8 – липень 2011: переведення КА в режим сну; 9 – січень 2014: пробудження КА; 10 – серпень 2014: вихід на орбіту комети; 11 – листопад 2014: посадка зонда на поверхню комети.

Глубенок Світлана Валентинівна,Глубенок Світлана Валентинівна
учитель фізики та астрономії
Криворізького Жовтневого ліцею,
фіналіст I Всеукраїнського Інтернет
конкурсу „УЧИТЕЛЬ РОКУ-2016”
за версією науково-популярного
природничого журналу „КОЛОСОК”

ЗАВАНТАЖИТИ СТАТТЮ У ФОРМАТІ PDF

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonfutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88
Поширити
0