Політ на Марс
Молоде покоління, яке набрало третє тисячоліття, неодмінно буде свідком першого в історії міжпланетного польоту по трасі Земля-Марс-Земля, а деяким доведеться бути і безпосередніми його учасниками. Марс – наступне небесне тіло, на яке ступить людина. Як же буде відбуватися політ екіпажу на Марс?
Поки двигуни сучасних космічних ракет ще недостатньо досконалі, ними користуються тільки на порівняно невеликих ділянках польоту. В основному ж доводиться вдаватися до сили тяжіння Сонця. У зв’язку з цим міжпланетну траєкторію можна умовно розділити на ділянки двох видів.
Перший з них – це активна ділянка, політ на якому відбувається з працюючими двигунами. Таких ділянок може бути кілька.
У заздалегідь розраховане час включаються двигуни розгінного ракетного блоку, і міжпланетний корабель стартує з навколоземної орбіти. Для досягнення планети призначення траєкторія польоту повинна бути розрахована таким чином, щоб після виходу зі сфери дії Землі і попадання в поле тяжіння Сонця наш корабель продовжував би політ в намічену точку зустрічі з планетою. З одного боку, траєкторія космічного апарату визначається його початковою швидкістю і напрямком руху (в момент старту з навколоземної орбіти), з іншого – тяжінням самого Сонця. На політ КА багатодітній родині і обурює вплив планети і їх супутники – вони відхиляють його від розрахункового шляху. Але відхилення ці невеликі і легко піддаються усуненню шляхом короткочасного включення на трасі польоту коригувальних ракетних двигунів.
Для виходу космічного корабля (КК) на розрахункову траєкторію до Марса йому необхідно повідомити швидкість не менше 11,6 км / с. І як тільки потрібна швидкість досягнута, починається тривалий політ з вимкненими двигунами по другому, пасивному ділянці міжпланетної траси.
Таким чином, політ міжпланетного корабля відбувається в основному за інерцією в поле тяжіння Сонця. Ця ж сила формує і міжпланетну траєкторію. При відльоті з Землі з мінімальною швидкістю вона являє собою не що інше, як околосолнечную еліптичну орбіту.
Після тривалого польоту в поле тяжіння Сонця наш посланець потрапляє в сферу дії Марса і рухається біля нього по пролітної траєкторії. Оскільки швидкість корабля перевищує значення другої космічної швидкості поблизу Марса (5,0 км / с), то планета не в змозі утримати його біля себе. Пролетівши близько Марса, КК повинен неминуче стати супутником Сонця. Що ж треба зробити, щоб корабель не пішов від мети, а вийшов на орбіту супутника Марса?
Як ми вже знаємо, перехід з однієї орбіти на іншу відбувається шляхом зміни швидкості руху. В даному випадку швидкість КК потрібно зменшити приблизно до значення першої космічної швидкості поблизу Марса, тобто 3,55 км / с. Це досягається шляхом короткочасного включення гальмівного ракетного двигуна. І поки двигун працює, політ знову є активним. Зауважимо, що необхідність в подібному маневрі виникає кожен раз при виведенні будь-якого космічного апарату на орбіту супутника Місяця, Марса і будь-який інший планети. Рух по орбіті навколо Марса, так само як і навколо Землі, пасивне. І нарешті, остання ділянка території – ділянку зниження спускається на поверхню планети.
Якщо атмосфера у планети відсутня, як, наприклад, на Місяці, або сильно розріджена, як на Меркурії або на Марсі, то для гальмування і забезпечення м’якої посадки апарату слід застосовувати спеціальні гальмівні ракетні двигуни. Подібним чином здійснювали м’яку посадку на поверхню Місяця місячні кабіни “Аполлонов” з американськими астронавтами. Для забезпечення м’якої посадки космічного апарату на поверхню планети, яка має щільну атмосферу, доводиться вдаватися до послуг аеродинамічного гальмування. Як при міра ми вже знайомилися з тим, як відбувалися спуск і посадка радянських автоматичних міжпланетних станцій на поверхню Венери. Політ в зворотному напрямку – до Землі – буде відбуватися таким же чином, тому ми не станемо повторюватися.
Хотілося б відзначити, що цю класичну схему польоту на інші планетні світи розробив видатний радянський вчений Юрій Васильович Кондратюк (1897-1942). У його книзі “Завоювання міжпланетних просторів”, виданої в 1929 році, міститься докладний теоретичне обгрунтування польотів до Місяця і планет Сонячної системи. А через 40 років вона була успішно застосована на практиці. Саме за схемою Кондратюка відбувалися польоти на Місяць американських “Аполлонов”.
Міжпланетні еліптичні траєкторії (одну з них ми тільки що розглянули) вважаються найбільш економічними, так як польоти по ним космічних апаратів здійснюються з мінімальними енергетичними затратами. Але еліптичні орбіти мають істотний недолік: занадто велика тривалість польоту. Так, наприклад, політ по напівеліпса до Марса займе 259 діб, тобто більше 8,5 місяця.
Домогтися істотного скорочення тривалості міжпланетного польоту можна за рахунок збільшення початкової швидкості в момент старту. Припустимо, що при старті з навколоземної орбіти ракета додасть кораблю третю космічну швидкість – 16,7 км / с. Тоді політ здійснюватиметься вже не по еліпсу, а по швидкісній параболічної траєкторії і наші мандрівники зможуть досягти Марса всього за 70 діб! В цьому випадку час перебування на Марсі можна скоротити до 12 діб, а все подорож по трасі Земля-Марс-Земля триватиме 152 дні.
Але чим далі потрібно летіти, тим більшу швидкість потрібно повідомити міжпланетному кораблю при старті. Так, якщо для польоту до найближчих планет – Венери і Марса – мінімальні початкові швидкості відносно Землі становлять 11,5 і 11,6 км / с відповідно, то для польоту до Юпітера початкова швидкість повинна бути не менше 14,2 км / с, а для досягнення далекого Плутона – 16,3 км / с, тобто майже дорівнює третьою космічною швидкістю. Останнє пояснюється тим, що для польотів до околиць Сонячної системи корабель повинен мати у своєму розпорядженні ще деяким додатковим запасом енергії, необхідної для подолання сили тяжіння Сонця.
І нарешті, якщо відправитися в міжпланетний політ зі швидкістю, що перевищує значення третьої космічної швидкості, то наш корабель буде летіти вже не по параболі, а по найшвидкіснішій – гіперболічної трасі. Досягнення гіперболічних швидкостей дозволить максимально скоротити терміни міжпланетних польотів.
Але як отримати такі великі швидкості? Вчені та конструктори нової космічної техніки бачать вирішення цієї проблеми в створенні міжпланетних кораблів з атомними і електричними ракетними двигунами.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)