Часть четвертая. МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ПОЛЕТЫ

Глава 13. МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ПОЛЕТЫ С БОЛЬШОЙ ТЯГОЙ

§ 1. Главные особенности межпланетного полета

В предыдущих частях мы рассматривали полеты космических аппаратов в пределах сферы действия Луны. При этом объектами исследования являлись околоземное космическое пространсгво, Луна и окололунное пространство. Отныне нам придется заниматься полетами аппаратов, вышедших на межпланетный простор. Можно сказать, что до сих пор мы ограничивались каботажным космическим плаванием, теперь же нам предстоит выход в открытый космос с его колоссальными расстояниями и длительностями перелетов.

Объектами исследования должны стать многочисленные тела Солнечной системы: ее центральное тело — Солнце (по существу, ближайшая к нам звезда); 8 «больших» планет (все планеты, не считая Земли); 42 открытых к настоящему времени спутника планет (1 спутник у Земли, 2 у Марса, 14 у Юпитера, 17 у Сатурна, 5 у Урана, 2 у Нептуна, 1 у Плутона; здесь учтены спутник Юпитера и спутники Сатурна, открытые в 1979 г. космическими аппаратами); десятки тысяч «малых» планет, или астероидов; множество комет; бесчисленное количество метеорных тел — пылинок, песчинок и небольших глыб. Все эти тела могут изучаться разнообразными астронавтическими методами. Наконец, объектами исследования являются материя и излучения в самом межпланетном пространстве.

Все большие планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам, причем их плоскости движения довольно слабо наклонены к плоскости орбиты Земли (плоскости эклиптики). Наиболее отклонены от плоскости эклиптики орбиты ближайшей к Солнцу и наиболее удаленной от него планет — Меркурия и Плутона. Они же имеют и наибольшие эксцентриситеты.

В таблицах 3 и 4 приведены данные об орбитах планет и некоторых их физических характеристиках, которые нам могут в дальнейшем понадобиться. Для полноты приведены значения, относящиеся к Луне и Солнцу. Таблицы частично составлены по имеющимся источникам, частично вычислены по ним указанным ниже образом.

Столбцы 2, 4, 7—10 табл. 3 заимствованы из Постоянной части «Астрономического календаря» [4.1]. Указанное в столбце 3 значение

(см. скан)

(см. скан)

среднего расстояния Земли от Солнца (астрономическая единица) соответствует утвержденному на 16-й Генеральной Ассамблее Международного Астрономического Союза в Гренобле (Франция), состоявшейся в 1976 г., и приведенному в книге [4.21. В соответствии с ним вычислены остальные значения в столбце 3. Столбцы 5 и 6 вычислены по формуле

где под последним корнем стоят обратные значения величин из столбца 2 (массы планет не учитываются). Полезно запомнить значение средней орбитальной скорости Земли которое будет положено в основу последующих расчетов.

В табл. 4 столбец 2 соответствует системе планетных масс, принятой на 16-й Генеральной Ассамблее MAC [4.21, а столбец вычислен из столбца 1 в соответствии со значением К. для Солнца, утвержденным на 16-й Ассамблее. Столбцы 4 и 5 вычислены по формулам (14) и (14а) в § 7 гл. 2 по данным столбцов 3 табл. 3 и 2 табл. 4. Столбцы 6, 9 и 10 заимствованы из [4.11. Столбец 7 вычислен по данным столбцов 3 и 6 с помощью формулы (Звездочками мы в дальнейшем будем обозначать величины на поверхностях небесных тел, т. е. в точке со средним радиусом Величины в столбце 8 найдены по данным тех же столбцов из выражения

Существует бесчисленное количество траекторий, по которым может быть совершен перелет с Земли к какой-либо планете Солнечной системы. Эти траектории различны по форме, по продолжительности перелета, по необходимым энергетическим затратам на единицу полезной нагрузки (или, что то же, по величине скорости отлета), по требованиям к точности системы управления, по дальности радиосвязи, по физическим условиям в окружающем пространстве. Все эти факторы не равнозначны, и их роль существенно изменяется в зависимости от целей космического эксперимента, в зависимости от того, совершается ли полет автоматического исследовательского аппарата или речь идет о полете межпланетного корабля с людьми на борту.

В этой главе мы рассмотрим общие закономерности движения космических аппаратов, предназначенных для автоматического исследования планет и выводимых на траекторию полета с помощью ракет большой тяги. Прежде всего, нас будет интересовать вопрос о том, каково наименьшее значение скорости отлета с Земли, обеспечивающее достижение планеты-цели.

Как и при изучении траекторий полетов к Луне, мы будем применять приближенный метод расчетов. Всю пассивную

траекторию полета разобьем на три участка: 1) от точки выключения двигателя, расположенной на высоте нескольких сот километров над Землей, до границы сферы действия Земли, 2) от этой границы до границы сферы действия планеты-цели; 3) внутри сферы действия планеты-цели. Радиусы сфер действия планет указаны в табл. 4. Обратим внимание на колоссальные размеры сфер действия планет юпитерианской группы (Юпитер и последующие планеты до Нептуна включительно). Эти размеры объясняются как большими массами планет, так и их удаленностью от Солнца. Фактически возмущающее влияние этих планет (особенно Юпитера) сказывается на гораздо больших расстояниях, но, оставаясь в рамках приближенного метода, мы будем им пренебрегать вне сфер действия. Радиусы сфер действия Венеры и Марса одинаковы: Венера обладает гораздо более мощным полем тяготения, но оно сильнее стеснено близостью Солнца. Очень мала сфера действия Меркурия (малая масса и соседство Солнца); ее радиус меньше радиуса орбиты Луны.

Предполагается, что на первом из упомянутых выше трех участков полета космического аппарата на него действует одно лишь притяжение Земли, на втором — только притяжение Солнца, на третьем — только притяжение планеты-цели. Разумеется, никаких непроницаемых для тяготения границ на самом деле в мировом пространстве нет, и, пользуясь приближенным методом, мы совершаем какую-то ошибку, но ошибка эта для наших целей совершенно несущественна. Приближенный метод позволяет с достаточной точностью оценить величину начальной скорости и продолжительность перелета.