Гравитационный маневр в задаче расширения достижимых районов посадки на поверхности Венеры

Авторы
Зубко В.А. (1), Эйсмонт Н.А. (1), Засова Л.В. (1), Беляев А.А (1), Федяев К.С. (1), Горинов Д.А. (1), Симонов А.А. (2)
Организации
(1) Институт космических исследований РАН
(2) НПО им. С.А. Лавочкина
Сессия
Исследование планет
Форма представления
Стендовый
Место работы научного руководителя
ИКИ РАН, ИКИ РАН
Научный руководитель
Засова Людмила Вениаминовна, Эйсмонт Натан Андреевич
Текст тезисов
В настоящее время в России разрабатывается несколько проектов по исследованию в дальнем космосе, таких как ExoMars, Luna-25 (Луна-Глоб) и Венера-Д. Последний проект нацелен на изучение поверхности и атмосферы Венеры при помощи спускаемого аппарата и орбитального модуля. Предполагается, что данная миссия к Венере будет осуществляться в несколько этапов, запуск которых планируется в период окон старта в 2029-2034 гг. Старт первого этапа намечен на осень 2029 года, и этот этап в основном должен повторить исследовательскую миссию аппаратов Вега-1 и Вега-2. Последующие этапы будут стартовать позднее, их основной научной целью является получение и доставка на Землю образцов венерианского грунта.

Одним из важных вопросов разработки проекта "Венера-Д" является вопрос выбора места посадки спускаемого аппарата. С одной стороны, рельеф места посадки должен удовлетворять необходимым требованиям. С другой стороны, это место должно быть достижимо для спускаемого аппарата, т.е. необходимо рассчитать траекторию аппарата таким образом, чтобы обеспечить спуск в заданный район венерианской поверхности. Расчет такой траектории ограничивается как особенностями собственного вращения Венеры, так и возможными окнами запуска аппарата с Земли, определяемыми из условия минимума необходимых затрат характеристической скорости. Также при построении траектории спускаемого аппарата необходимо учитывать особенности движения орбитального модуля и необходимость соблюдения условий его взаимной радиовидимости со спускаемым аппаратом. С учетом всех перечисленных условий возможность выбора допустимых областей посадки спускаемого аппарата может быть весьма ограниченной.

Основной целью настоящей работы является построение траектории спускаемого аппарата, позволяющей осуществлять его посадку практически в любой заданной точке поверхности Венеры за исключением, возможно, лишь небольших регионов. Предлагаемый метод основан на использовании гравитационного поля Венеры и перевода аппарата после облета Венеры на гелиоцентрическую орбиту с периодом, равным периоду обращения Венеры вокруг Солнца (т.е. на орбиту, резонансную с орбитой Венеры, см. рис.1). В результате после полного оборота по такой орбите при следующем сближении с Венерой аппарат окажется уже над другой частью ее поверхности, что позволит осуществить посадку в ранее недоступную область. Поскольку направление облета Венеры при первом сближении может быть выбрано произвольно, существует множество возможных резонансных орбит, и выбор одной из них позволит обеспечить посадку аппарата спустя один венерианский год практически в любую точку поверхности планеты.

Результаты исследования показывают, что предлагаемая стратегия позволяет существенно расширить достижимые для посадки области поверхности и, более того, обеспечить посадку в любую точку поверхности при небольшом увеличении стартового импульса и продолжительности полета. Результаты моделирования при использовании предлагаемого метода приводятся на рис. 2. На этом рисунке ясно видны преимущества, обеспечиваемые гравитационным маневром у Венеры, по сравнению с традиционно используемым подходом. Следует также отметить, что такое расширение достижимых областей посадки связано с увеличением общей сложности миссии и увеличением времени перелета аппарата. Но это может быть единственным способом обеспечить посадку аппарата в ранее недостижимые области, поэтому важность предлагаемого подхода представляется несомненной.