Анализ влияния краевых условий на затраты характеристической скорости космического аппарата при перелете к лунной орбитальной станции с использованием «грависферного» маневра

Язык труда и переводы:
УДК:
629.784
Дата публикации:
31 января 2023, 02:03
Категория:
Секция 05. Прикладная небесная механика и управление движением
Авторы
Аннотация:
Рассмотрено влияние наклонения отлетной околоземной орбиты, времени полета по транслунной траектории и высоты целевой окололунной орбиты на затраты характеристической скорости космического аппарата при перелете к лунной орбитальной станции с использованием «грависферного» маневра. «Грависферным» маневром называется биэллиптическое выведение на высокую окололунную орбиту с апоселением переходной орбиты, находящимся за пределами грависферы Луны. Анализ полученных результатов показал, что при различных краевых условиях использование «грависферного» маневра требует значительно меньших затрат характеристической скорости в сравнении с прямым перелетом. Однако применение «грависферного» маневра целесообразно для окололунных орбит высотой более 5000 км.
Ключевые слова:
лунная программа, грависфера Луны, полярная орбита, «грависферный» маневр, неблагоприя
Основной текст труда

Для реализации Российской лунной программы рассматривается двухпусковая схема высадки экипажа на поверхность Луны с использованием ракет-носителей (РН) сверхтяжелого класса «Енисей», которые последовательно выводят на околоземную орбиту лунный взлетно-посадочный корабль (ЛВПК) и пилотируемый транспортный корабль (ПТК). ЛВПК и ПТК осуществляют прямой перелет на низкую окололунную орбиту (НОЛО), где стыкуются друг с другом для дальнейшей высадки космонавтов на поверхность Луны. Затраты характеристической скорости при прямом перелёте на НОЛО составляют \sim 3,15 км/с для отлетного импульса при выходе на транслунную траекторию и \sim 900 м/с на выдачу тормозного импульса в окрестности Луны (время перелета 3,5 суток) [1].

В США рассматривается возможность доставки астронавтов на поверхность Луны через окололунную орбитальную станцию Deep Space Gateway, расположенную на высокоэллиптической гало-орбите NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit). В дальнейшем предполагается ее использование для полетов к другим планетам в качестве Космопорта. Суммарные затраты характеристической скорости на выдачу тормозного импульса в окрестности Луны для перехода на NRHO составляют \sim 480 м/с, что в два раза меньше по сравнению с затратами для низкой окололунной орбиты. Существенным недостатком NRHO является еt неустойчивость, приводящая к необходимости проведения коррекций с частотой 1–2 раза за один виток, составляющий \sim 7 суток. Ввиду малой величины этих коррекций требуется высокая точность измерения параметров орбиты станции [2].

Альтернативой станции на NRHO может служить станция, развернутая на полярной круговой высокой окололунной орбите высотой \sim 10 000 км (ВОЛО). Такая орбита является более устойчивой, чем NRHO и для ее поддержания достаточно 2–3 коррекций в год [3]. Биэллиптическое выведение на ВОЛО с апоселением переходной орбиты, находящимся за пределами грависферы Луны и названное «грависферным» маневром позволяет достигать меньших затрат характеристической скорости, чем для NRHO \sim 350 м/с [4].

В работе проведен анализ влияния краевых условий на затраты характеристической скорости космического аппарата при достижении ВОЛО, на которой расположена лунная орбитальная станция, с использованием «грависферного» маневра. Рассмотрена зависимость затрат характеристической скорости от наклонения отлетной околоземной орбиты, времени полета по транслунной траектории и высоты целевой окололунной орбиты. Проведено сравнение перелета с использованием «грависферного» маневра с прямым перелетом на окололунные орбиты.

Анализ полученных результатов показал, что при различных краевых условиях использование «грависферного» маневра требует значительно меньших затрат характеристической скорости в сравнении с прямым перелетом. Однако применение «грависферного» маневра целесообразно для окололунных орбит высотой более 5000 км.

Литература
  1. Левантовский В.И. Механика космического полёта в элементарном изложении. Москва, Наука, 1980, 512 с.
  2. Whitley R., Martinez R. Options for staging orbits in cislunar space. Aerospace Conference IEEE, Big Sky, MT, USA, 2016, p. 9.
  3. Tselousova A., Trofimov S., Shirobokov M. Station-keeping in high near-circular polar orbits around the Moon. Acta Astronautica, 2021, no. 188, pp. 85–192.
  4. Муртазин Р.Ф. Эффективное выведение КА на высокую круговую окололунную орбиту. Космонавтика и ракетостроение, 2019, № 3 (108), c. 5–12.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.