Сатурн находится очень далеко от нас и имеет немало интересных спутников, к которым космическим аппаратам не так просто добраться. Недавно ученые смогли доказать, что всего один автоматический зонд сможет облететь их все, если будет использовать электрический двигатель и набор очень необычных орбит.
Проблема полета к далеким планетам
В недавно опубликованном исследовании ученые предложили способ, как всего один аппарат мог бы облететь все семь больших лун Сатурна. Ранее такое считалось невозможным из-за огромного расхода топлива.
Межпланетные перелеты — это на самом деле переход между двумя типами орбит: эллиптическими и параболическими. В самом простом случае аппарат, вращающийся вокруг одного тела, например, Земли, увеличивает свою скорость, переходит на параболическую траекторию, долетает до цели и уменьшает скорость относительно нее, пока снова не окажется на орбите, похожей на круг или овал.
Однако в случае далеких планет полет по параболической траектории очень длинный. И чтобы туда добраться быстро, надо тратить значительно больше топлива на разгон. Кроме того, необходимо не забывать и о торможении в конце, на которое тоже требует трат.
Обычно сейчас эту проблему решают с помощью гравитационных маневров вблизи от Земли, Луны, Марса или Венеры. Они позволяют разгоняться не растрачивая топливо, но полет в этом случае все равно занимает много лет.
Спутники Сатурна
В случае спутников Сатурна все еще сложнее. Они маленькие, а значит, и орбита вокруг них требует очень малой скорости. Ранее, во время миссии Cassini, ученые считали, что только Титан — самый большой из спутников — стоит того, чтобы ради него сначала разгонять, а потом тормозить космический аппарат.
Теперь оказалось, что внимания заслуживает еще как минимум Энцелад. Гейзеры, бьющие из него, показывают наличие под поверхностью океана жидкой воды. Поэтому ученым хотелось бы посетить и его, и Титан, ведь интерес к нему не исчезает.
Поэтому современные проекты исследования спутников планеты с кольцами, такие как Enceladus Orbilander, пытаются предусмотреть исследования обеих лун. Однако получается это у них не очень хорошо. Ведь космическому аппарату сначала нужно набрать скорость для перелета, потом затормозить, снова разогнаться и в конце затормозить.
Полет по сложным орбитам
Именно поэтому исследователи рассматривают другие, более экзотические сценарии перелета. В первую очередь они убедились, что для этой цели стоит использовать электрические реактивные двигатели. Они дают значительно меньшее ускорение, но позволяют держать его месяцами, разгоняясь чрезвычайно эффективно.
Возможность с их помощью перелететь от одного небесного тела к другому была доказана несколько лет назад во время миссии Dawn. Тогда с орбиты Цереры удалось добраться до орбиты Весты. Кроме того, медленное изменение траектории полета с электрическим двигателем подсказала ученым возможность, как исследовать не один или два спутника Сатурна, а по крайней мере все семь крупных.
На самом деле Энцелад, Диона, Тефия и Мимас вращаются не на таком уж большом расстоянии друг от друга. А в природе, кроме обычных, существуют так называемые орбиты Лиссажу. Они возникают, когда взаимодействуют три тела, например, Сатурн и два его спутника.
В этом случае у них возникают точки Лагранжа, в которых гравитационные силы всех трех тел уравновешиваются. Вокруг них и существуют квазистабильные орбиты Лиссажу. В системе, связанной с Землей и Луной, именно такими летают космические телескопы, в том числе и James Webb.
Однако в случае спутников Сатурна эти орбиты будут динамично меняться. Именно их в сочетании с обычными и предлагают использовать специалисты, чтобы с наименьшими затратами перемещаться от одной луны к другой.
Это очень перспективный проект, но у него есть одна особенность. Расчеты эти гораздо сложнее того, что использовалось до сих пор. Задача трех тел не решается в общем виде. Каждый конкретный маневр придется рассчитывать отдельно численными методами.
Однако исследователи все равно настроены чрезвычайно оптимистично. Ведь по сравнению со всем, что делалось в системе Сатурна до сих пор, — это действительно шаг в будущее, который позволяет подробно изучить таинственные миры, вращающиеся вокруг планеты с кольцами.
По материалам phys.org.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
