Forsker beregner optimale baner til Mars og Merkur for et rumfartøj med elektrisk fremdrift

RUDN Universitetets matematiker har foreslået en metode til at beregne den optimale bane for rumfartøjer med elektrisk fremdrift, hvis drivkraft er tusinde gange mindre end den kemiske man har, men det er i stand til at arbejde i årevis. Disse motorer er bedst egnede til interplanetariske missioner. Matematikere beregnede flyveparametrene for rumsonden med en sådan motor til Mars og Merkur. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Kosmisk forskning .

Kemiske raketmotorer skaber et stort fremstød, hvilket gør det muligt at bringe tonsvis af last i kredsløb i et par minutter. På samme tid, der forbruges en enorm mængde brændstof. Når først rumfartøjet er i det ydre rum, et stort fremstød bliver unødvendigt, især for automatiske interplanetariske stationer, der kan flyve til deres destination i årevis.

Et elektrisk fremdriftssystem (EPS) er bedre egnet til sådanne missioner. Drivmidlet i et elektrisk fremdriftssystem er ioniseret gas, som accelereres i et magnetfelt. På grund af det lave forbrug af drivmidlet, EPS er i stand til at arbejde i meget lang tid.

"På grund af de lave trykniveauer af EPS, det kan kun bruges mest effektivt i tilstrækkelig stor afstand fra de tiltrækkende objekter (planeter eller massive måner), dvs. i interplanetariske flyvninger, " forklarer matematikeren Alexey Ivanyukhin.

Ifølge ham, i tilfælde af brug af EPS i nærheden af ​​en massiv krop, den tilgængelige jetacceleration kan være ekstremt lav i forhold til gravitationsaccelerationen - på niveauet 10 ⁻⁵ -10 ⁻⁴ . Men på interplanetariske baner, niveauet af jetacceleration af EPS er ikke meget ringere end solens tyngdekraft, og deres forhold kan være 10 ⁻² -10 ⁻¹ .

Alexey Ivanyukhin mindede om, at EPS til udforskningen af ​​solsystemet ved århundredeskiftet blev brugt som primært fremdriftssystem. De første sådanne rumfartøjer var Deep Space 1 (en asteroide og to kometer, der flyver forbi), Smart-1 (indsættelse af månekredsløb), Hayabusa (levering af jordprøver fra asteroiden Itokawa), Dawn (konsekutiv flyvning til asteroiderne Vesta og Ceres).

RUDN Universitetets matematikere har løst problemet med baneoptimering for rumfartøjer med EPS. De bestemte den maksimalt mulige nyttige rumfartøjsmasse og optimale egenskaber for fremdriftssystemet, den bedst egnede til hver af de overvejede missioner.

En forstørret model af rumfartøjssystemer og specifikke karakteristika, der afspejler det nuværende teknologiniveau (f.eks. forholdet mellem solpanelets masse og elektrisk strøm) blev brugt til at bestemme disse parametre.

Forskerne overvejede missioner til Mars og Merkur. Beregninger har vist, at rumsonden med EPS og med de specificerede egenskaber vil være i stand til at nå Mars om 350 dage ved startdatoen den 30. april, 2035. Overførslen til Mercury vil tage omkring 3000 dage.

Udover, matematikere har vist, at for en bred klasse af baner, den maksimale værdi af nyttig rumfartøjsmasse opnås på banen med den konstant kørende motor, det er, med det mindst mulige tryk, der er nødvendigt for flyvningen.

"Dette tyder på, at stigningen i fremdrift, hvilket vil reducere brændstofomkostningerne, er ineffektiv i sammenligning med stigningen i den nødvendige masse af selve fremdriftssystemet. Dette skyldes hovedproblemet med udforskning af rummet - manglen på kompakte og kraftfulde energikilder, " forklarer Alexey Ivanyukhin.

Han og hans kolleger planlægger at fortsætte forskningen i denne retning.

"For eksempel, vi agter at overveje missioner til asteroider for at levere jord eller flyvninger til månen. Det er muligt at overveje en mere detaljeret model for drift af EPS eller solpaneler. Udviklere af EPS og rumfartøjer er interesserede i sådanne undersøgelser, " slutter Alexey Ivanyukhin.