Математик из РУДН предложил способ определения наилучшего маршрута для космического корабля с электрическим двигателем. Его тяга в тысячу раз меньше, чем у химических двигателей, но он способен работать длительное время. Такие моторы подходят для межпланетных путешествий. МарсИ Меркурий. Публикация появилась в журнале «Cosmic Research».
Ракетные двигатели обеспечивают высокую тягу, позволяющую за считанные минуты вывести на орбиту значительный груз. При этом расходуется внушительное количество топлива. В космическом пространстве высокая тяга становится избыточной, в особенности для автоматических межпланетных станций, совершающих многолетние перелеты к месту назначения.
Электрическая двигательная система эффективна в подобных ситуациях. В ней для получения движения используется ионизированный газ, ускоренный магнитным полем. За счёт малого потребления топлива EPS может функционировать продолжительное время.
Математик Алексей Иванюхин отмечает: из-за низких уровней тяги САЭ наиболее эффективно применять его на больших расстояниях от объектов с гравитацией (планеты или большие спутники), то есть во время межпланетных путешествий.
По его словам, при применении ЭПС рядом с крупным телом доступное ускорение струи может быть очень небольшим по сравнению с гравитационным ускорением – порядка 10^-5 – 10^-4. В то время как на межпланетных траекториях уровень ускорения струи САП почти равен тяге Солнца, и их отношение может составлять 10^-2 – 10^-1.
Алексей Иванюхин указал, что в начале XXI века для исследования Солнечной системы использовались ЭПС в качестве основного двигателя. Deep Space 1 пролетел мимо астероида и двух комет, Smart-1 вышел на лунную орбиту, Hayabusa доставила образцы почвы с астероида Itokawa, Dawn последовательно совершил полет к астероидам Веста и Церера.
Математики РУДН нашли решение по оптимизации траектории для космических аппаратов с электрическими системами propulsion (ЭПС). Была определена максимальная допустимая полезная масса космического корабля и оптимальные характеристики двигательной установки, наиболее подходящие для каждой из поставленных задач.
Для определения этих параметров применили усовершенствованную модель систем космических аппаратов с учетом современных технических характеристик.
Ученые изучили миссии на Марс и Меркурий. Расчеты показали, что космический зонд с EPS и указанными характеристиками достигнет Марса за 350 дней при начале в день 30 апреля 2035 года. Перелет на Меркурий займет около 3000 дней.
Математики доказали, что для множества путей полёта наибольший вес полезной нагрузки космического корабля получается при использовании двигателя с постоянным малыми затратами энергии, достаточными для движения.
Увеличение тяги, приводящее к снижению расхода топлива, оказывается неэффективным по сравнению с ростом массы самой двигательной установки, как указывает Алексей Иванюхин.
Это обусловлено главной проблемой освоения космоса — отсутствием компактных и мощных источников энергии.
В планах у него и коллег дальнейшие исследования по этой теме.
Например, планируется изучить миссии на астероиды для транспортировки грунта или полеты на Луну. Можно проанализировать работу ЭПС или солнечных панелей более детально. Разработчики ЭПС и космических аппаратов заинтересованы в подобных исследованиях, — подводит итог Алексей Иванюхин.