Анастасия Романенко, студентка направления 01.03.03 «механика и математическое моделирование (анализ и компьютерное моделирование аэрокосмических систем)» ИАРКТ Самарского университета им. Королёва под руководством профессора кафедры теоретической механики Владимира Степановича Асланова рассчитала оптимальные условия, необходимые для успешной миссии по изучению спутника Марса Фобоса
В ходе научного исследования проведено моделирование орбит и рассчитаны начальные скорости космического зонда, позволяющие как можно дольше оставаться на орбите Фобоса. Полученные данные планируется использовать при проектировании миссий по изучению не только спутников Марса, но и других небесных тел.
«Изучение Фобоса с помощью космических аппаратов представляет собой достаточно сложную задачу из-за особенностей этого марсианского спутника — у него очень маленькая плотность, поэтому обычные кеплеровские орбиты, на которых работают космические аппараты вокруг Земли или Луны, в случае с Фобосом использовать не получится, необходимо рассматривать движение по квазиспутниковым орбитам», — рассказала Анастасия.
Внешне Фобос похож на гигантскую картофелину, испещренную «глазками» кратеров и рядами загадочных многокилометровых параллельных траншей глубиной до 20 м и шириной до 200 м, — как будто бы эту «картошку» начали было чистить огромной картофелечисткой, да так и не дочистили. Внутри, как предполагают ученые, Фобос пористый, причем пористый неравномерно, поэтому и гравитационное поле у него не только маленькое, но и неравномерное.
Для работы со столь малоизученным объектом предлагается использовать квазиспутниковые орбиты — это особые траектории, проходящие вне сферы основного гравитационного влияния малого небесного тела (того же Фобоса), и при этом подверженные воздействию гравитации со стороны более крупного и далекого небесного тела (например, Марса).
«Квази» в переводе с латыни означает «подобно», «почти», и объекты, движущиеся по квазиспутниковым орбитам, действительно ведут себя почти как спутники, но только почти. Это как приятели отличаются от настоящих друзей — друзья, как спутники, постоянно вращаются в сфере ваших интересов, а приятели-«квазиспутники» обычно держатся на некотором отдалении, но периодически, пусть и не очень близко, пролетают мимо вас по своей квазиспутниковой орбите. Такие орбиты имеют форму вытянутого эллипса. В начале XXI века было обнаружено, что у Земли, Венеры, Юпитера и Нептуна имеются квазиспутники.
«С точки зрения астродинамики, квазиспутниковые орбиты могут быть у многих космических тел, в том числе, например, и у Луны. Но в подавляющем большинстве случаев, для таких объектов как Луна, их использование, в рамках известных на сегодняшний день задач космонавтики, не имеет большого практического смысла – все актуальные задачи решаются с помощью традиционных кеплеровских орбит. Однако исследования Фобоса и других подобных ему тел необходимо проводить с помощью квазиспутниковых орбит», – подчеркнула Анастасия Романенко.
По словам Анастасии, в рамках научного исследования рассматривались квазиспутниковые орбиты высотой около 22 км. Такие орбиты подходят, например, для мониторинга поверхности Фобоса или доставки на марсианский спутник автоматической исследовательской станции. С учетом высоты орбиты был найден диапазон начальных скоростей, необходимых для того, чтобы космический аппарат находился на орбите как можно дольше, не падая при этом на Фобос и не улетая к Марсу.
«Путем компьютерного моделирования найден диапазон начальных скоростей космического аппарата, при которых квазиспутниковая орбита будет оставаться неизменной в течение длительного периода времени. Именно такие стабильные орбиты можно использовать, например, для мониторинга поверхности Фобоса, в том числе и при развертывании тросовой системы с закрепленной на ней полезной нагрузкой, которую требуется максимально безопасно опустить на Фобос», — пояснила автор исследования.
Как показали расчеты, если начальная скорость космического аппарата менее 12,75 м/с, то аппарат вскоре сходит с орбиты и падает на поверхность Фобоса. Если же его начальная скорость превышает 13,15 м/с, то аппарат спустя некоторое время покидает орбиту Фобоса и становится спутником Марса.
«В результате математического моделирования доказано, что орбита исследовательского спутника остается стабильной, если начальная скорость аппарата находится в диапазоне от 12,75 м/с до 13,15 м/с. При этом аппарат сможет оставаться на такой орбите достаточно длительное время – более семи земных суток. Полученные данные могут быть использованы при подготовке к будущим миссиям к Фобосу и другим небесным телам, требующим подобного подхода при изучении», — отметила Анастасия.
Для справки: Фобос (греческое «страх») — один из двух спутников Марса, наряду с Деймосом (греческое «ужас»). Оба спутника были открыты в 1877 году американским астрономом Асафом Холлом. За полтора века до этого, в вышедшем в 1726 году романе «Путешествия Гулливера» Джонатан Свифт писал, что астрономы летающего острова Лапуту открыли два спутника Марса. Космическое происхождение обоих марсианских спутников до сих пор остается неясным
Самарский университет им. Королёва — участник национального проекта «Наука и университеты»
Источник: ssau.ru
Фото: Пикалов Руслан
