Расширение областей посадки на поверхности Венеры с использованием резонансной орбиты

Язык труда и переводы:
УДК:
521.3
Дата публикации:
27 декабря 2021, 17:03
Категория:
Секция 05. Прикладная небесная механика и управление движением
Авторы
Зубко Владислав Александрович
Институт космических исследований РАН
Эйсмонт Натан Андреевич
Институт космических исследований РАН
Беляев Андрей Алексеевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Федяев Константин Сергеевич
Институт космических исследований РАН
Аннотация:
Рассмотрена задача расширения достижимых областей посадки на поверхности Венеры с помощью гравитационного маневра, переводящего космический аппарат на резонансную с Венерой орбиту с соотношением периодов 1:1 к орбитальному периоду Венеры. Продемонстрировано, что такой подход позволяет добиться значительного расширения достижимых областей посадки (свыше 70 %) и в некоторых случаях обеспечить доступ к любой точке на поверхности Венеры.
Ключевые слова:
Венера, гравитационный маневр, резонансная орбита, посадка
Основной текст труда

Российско-американский проект «Венера-Д» направлен на проведение долговременных исследований поверхности и атмосферы Венеры [1]. В рамках этого проекта предполагается отправить к Венере космический аппарат (КА), состоящий из орбитального модуля и посадочного аппарата. Орбитальный аппарат за несколько суток до подлета к Венере отделяется от перелетного космического аппарата для того, чтобы в последующем выйти на суточную околовенерианскую орбиту, параметры которой на данный момент находятся в стадии разработки [1].

Неотъемлемой частью проекта «Венера-Д» является определение доступных мест посадки на поверхности Венеры [1–5]. Прежде всего, такая задача появляется из-за невозможности совершить посадку в любом месте на поверхности Венеры вследствие малой продолжительности окна старта с Земли (примерно 2 недели от оптимальной даты старта), а также ограничения на максимально допустимую перегрузку. Дополнительным фактором, снижающим число достижимых мест посадки при полете в пределах окна старта, является низкая угловая скорость вращения Венеры. Самым простым решением задачи могло бы стать расширение окна старта с Земли, однако такая возможность ограничена величиной характеристической скорости ΔV. Другой способ — использование промежуточной околовенерианской орбиты для последующего схода в требуемом месте или использование спускаемого аппарата, позволяющего осуществлять аэродинамические маневры в атмосфере Венеры и тем самым осуществлять посадку в требуемом месте. Однако все эти методы требуют либо высоких затрат характеристической скорости, либо конструирования принципиально нового облика для спускаемого аппарата.

Особенностью же данного исследования является демонстрация новой методики расширения достижимых областей посадки. Суть ее заключается в использовании гравитационного поля Венеры для перевода КА на гелиоцентрическую орбиту, резонансную с орбитой Венеры с соотношением периодов 1:1. В предлагаемом исследовании рассматриваются окна старта с 2029 по 2034 г. Показывается применение методики на конкретном примере посадки в заданный и недоступный, при использовании традиционных подходов, район на поверхности Венеры (Imdr Regio). Демонстрируется, что ее применение позволяет добиться значительного расширения достижимых областей посадки (свыше 70 %) и в некоторых случаях обеспечить доступ к любой точке на поверхности Венеры.

Отметим, что похожие методики используются для управления космическим аппаратом в системе Юпитера. Например, в проекте «Лаплас-П» предполагается использовать гравитационные маневры у Ганимеда и Каллисто для перехода на резонансные с Ганимедом орбиты и последующего снижения относительной скорости КА у Ганимеда. Проект Europa Clipper предполагает переход на резонансные орбиты с целью многократных встреч со спутником Юпитера Европой. Также, похожий подход, а именно использование гравитационных маневров у спутников планет для перехода на резонансные орбиты предлагается для проектов миссий исследования Сатурна.

Литература
  1. Эйсмонт Н.А., Засова Л.В., Симонов А.В., Коваленко И.Д., Горинов Д.А., Аббакумов А.С., Бобер С.А. Сценарий и траектория миссии «Венера-Д» // Вестник НПО им. СА Лавочкина. 2018. № 4. С. 11–18.
  2. Eismont N.A., Zubko V.A., Belyaev A.A., Zasova L.V., Gorinov D.A., Simonov A.V., Nazirov R.R., Fedyaev K.S. Gravity assists maneuver in the problem of extension accessible landing areas on the Venus surface // Open Astronomy. 2021. Vol. 30, no. 1. Pp. 103–109.
  3. Eismont N.A., Nazirov R.R., Fedyaev K.S. et al. Resonant orbits in the problem of expanding the reachable landing areas on the surface of Venus // Astronomy Letters. 2021. Vol. 47, no. 5. Pp. 316–330.
  4. Zubko V. A., Belyaev A.A., Eismont N.A. et al. Landing on the Venus surface with gravity assist // The Eleventh Moscow Solar System Symposium 11M-S3. Moscow, 2020. P. 377.
  5. Эйсмонт Н.А., Назиров Р.Р., Федяев К.С. и др. Резонансные орбиты в задаче расширения достижимых областей посадки на поверхности Венеры // Письма в Астрономический журнал. 2021. Т. 47, № 5. С. 352–367.
  6. Симонов А.В., Ковалева С.Д., Гордиенко Е.С. и др. Особенности проектирования траекторий перспективных космических аппаратов для исследования Венеры // XLV Академические чтения по космонавтике (Королёвские чтения – 2021). М., 2021. С. 395–397.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.