Як можна облетіти всі супутники Сатурна одним апаратом

Сатурн розташований дуже далеко від нас і має чимало цікавих супутників, до яких космічним апаратам не так просто дістатися. Нещодавно вчені змогли довести, що всього один автоматичний зонд зможе облетіти їх усі, якщо використовуватиме електричний двигун і набір дуже незвичних орбіт.

Супутники Сатурна
Супутники Сатурна. Джерело: phys.org

Проблема польоту до далеких планет

У нещодавно опублікованому дослідженні вчені запропонували спосіб, як усього один апарат міг би облетіти сім великих місяців Сатурна. Раніше таке вважалося неможливим через  величезні  витрати палива.

Міжпланетні перельоти — це насправді перехід між двома типами орбіт: еліптичними та параболічними. У найпростішому випадку апарат, що обертається навколо одного тіла, наприклад, Землі, збільшує свою швидкість, переходить на параболічну траєкторію, долітає до цілі й зменшує швидкість відносно неї, аж поки знову не опиниться на орбіті, схожій на коло чи овал.

Однак у випадку далеких планет політ параболічною траєкторією дуже довгий. І для того, аби туди дістатися швидко, треба витрачати значно більше палива на розгін. Крім того, треба не забувати й про гальмування в кінці, на яке теж потребує витрат.

Зазвичай зараз цю проблему вирішують за допомогою гравітаційних маневрів поблизу Землі, Місяця, Марса чи Венери. Вони дозволяють розганятися, не витрачаючи паливо, але політ в цьому разі все одно займає багато років.

Супутники Сатурна

У випадку супутників Сатурна все ще складніше. Вони маленькі, а значить, і орбіта навколо них вимагає дуже малої швидкості. Раніше, під час місії Cassini, вчені вважали, що лише Титан — найбільший із місяців — вартий, аби заради нього спочатку розганяти, а потім гальмувати космічний апарат.

Тепер виявилося, що на увагу заслуговує ще як мінімум Енцелад. Гейзери, що б’ють із нього, показують наявність під поверхнею океану рідкої води. Тож вченим хотілося б відвідати і його, і Титан, адже інтерес до нього не зникає.

Тому сучасні проєкти дослідження супутників планети з кільцями, такі як Enceladus Orbilander, намагаються передбачити дослідження обох місяців. Однак виходить це у них не дуже добре. Адже космічному апарату спочатку потрібно набрати швидкість для перельоту, потім загальмувати, знову розігнатися і в кінці загальмувати.

Політ складними орбітами

Саме тому дослідники розглядають інші, екзотичніші сценарії перельоту. Насамперед вони переконалися, що для цієї мети варто використовувати електричні реактивні двигуни. Вони дають значно менше прискорення, але дозволяють тримати його місяцями, розганяючись надзвичайно ефективно.

Траєкторії для перельоту між супутниками
Траєкторії для перельоту між супутниками. Джерело: phys.org

Можливість за їхньою допомогою перелетіти від одного небесного тіла до іншого була доведена кілька років тому під час місії Dawn. Тоді з орбіти Церери вдалося дістатися до орбіти Вести. Крім того, повільна зміна траєкторії польоту з електричним двигуном підказала вченим можливість, як дослідити не один чи два супутники Сатурна, а принаймні всі сім великих.

Насправді Енцелад, Діона, Тефія та Мімас обертаються не на такій вже великій відстані один від одного. А в природі, крім звичайних, існують так звані орбіти Ліссажу. Вони виникають, коли взаємодіють три тіла, наприклад, Сатурн та два його супутники.

У цьому випадку у них виникають точки Лагранжа, де гравітаційні сили всіх трьох тіл врівноважуються. Навколо них й існують квазістабільні орбіти Ліссажу. В системі, пов’язаній із Землею та Місяцем, саме такими літають космічні телескопи, зокрема і James Webb.

Однак у випадку супутників Сатурна ці орбіти будуть динамічно змінюватися. Саме їх у купі зі звичайними й пропонують використовувати фахівці, аби з найменшими витратами перебиратися від одного місяця до іншого.

Це дуже перспективний проєкт, але він має одну особливість. Розрахунки ці набагато складніші за те, що використовувалося досі. Задача трьох тіл не вирішується у загальному вигляді. Кожен конкретний маневр доведеться розраховувати окремо чисельними методами.

Проте дослідники все одно налаштовані надзвичайно оптимістично. Адже у порівнянні з усім, що робилося в системі Сатурна досі, — це дійсно крок у майбутнє, який дозволяє докладно вивчити таємничі світи, що обертаються навколо планети з кільцями.

За матеріалами phys.org.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!

Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine