Межпланетная транспортная сеть — план освоения и эксплуатации

Какую бы цель вы перед собой не ставили, какую бы миссию не планировали — одним из самых больших препятствий на вашем пути в космосе будет топливо. Очевидно, что какое-то его количество нужно уже для того, чтобы покинуть Землю. Чем больше груза требуется вывести за пределы атмосферы, тем больше нужно горючего. Но из-за этого ракета становится ещё тяжелее, и всё это превращается в замкнутый круг. Именно это мешает нам отправлять несколько межпланетных станций по разным адресам на одной ракете — на ней просто не хватит места для топлива. Однако ещё в 80-х годах прошлого века учёные нашли лазейку — способ путешествовать по Солнечной системе, почти не используя горючее. Он называется «Межпланетная транспортная сеть».

Нынешние способы космических полётов

Сегодня перемещение между объектами Солнечной системы, например, путешествие с Земли на Марс, обычно требует так называемого перелёта по эллипсу Гомана. Носитель запускается, а затем ускоряется до тех пор, пока не оказывается дальше орбиты Марса. Около красной планеты ракета притормаживает и начинает вращаться вокруг цели своего назначения. И для ускорения, и для торможения она сжигает много топлива, но при этом эллипс Гомана остаётся одним из самых эффективных способов перемещения между двумя объектами в космосе.

Эллипс Гомана
Эллипс Гомана- Дуга I — перелет с Земли на Венеру. Дуга II-перелет с Венеры на Марс Дуга III- возвращение с Марса на Землю.

Используются также и гравитационные маневры, которые могут быть ещё более эффективными. Совершая их, космический корабль ускоряется, используя силу притяжения крупного небесного тела. Прибавка в скорости получается очень значительной почти без использования горючего. Мы применяем эти маневры всякий раз, когда отправляем свои станции в далёкий путь от Земли. Однако если кораблю после гравитационного маневра нужно выйти на орбиту какой-то планеты, ему всё равно приходится замедляться. Вы, конечно, помните, что это требует топлива.

Точки Лагранжа

Ровно поэтому в конце прошлого века некоторые учёные решили подойти к решению проблемы с другой стороны. Они отнеслись к гравитации не как к праще, а как к географическому ландшафту, и сформулировали идею межпланетной транспортной сети. Входными и выходными трамплинами в неё стали точки Лагранжа — пять районов рядом с небесными телами, где гравитация и силы вращения приходят в равновесие. Они существуют в любой системе, в которой одно тело крутится вокруг другого, и без претензий на оригинальность пронумерованы от L1 до L5.

Точки Лагранжа
Точки Лагранжа

Если мы поместим космический корабль в точку Лагранжа, он будет висеть там бесконечно, так как гравитация не тянет его в одну сторону сильнее, чем в какую-либо другую. Однако не все эти точки, фигурально выражаясь, созданы равными. Некоторые из них стабильны — если вы, находясь внутри, сдвинетесь немного в сторону, гравитация вернёт вас на место — как мяч на дне горной долины. Другие точки Лагранжа нестабильны — стоит немного переместиться, и вас начнёт уносить оттуда. Объекты, находящиеся здесь, напоминают мяч на вершине холма — он будет держаться там, если хорошо установлен или если его там придерживают, но даже лёгкого ветерка хватает, чтобы он, набирая скорость, покатился вниз.

Холмы и долины космического ландшафта

Космические корабли, летающие по Солнечной системе, учитывают все эти «холмы» и «долины» во время полёта и на стадии прокладки маршрута. Однако межпланетная транспортная сеть заставляет их работать на благо общества. Как вы уже знаете, у каждой стабильной орбиты имеется пять точек Лагранжа. Это и система Земля-Луна, и система Солнце-Земля, и системы всех спутников Сатурна с самим Сатурном… Можете продолжить сами, в конце концов, в Солнечной системе много чего вращается вокруг чего-то.

Читайте так же:  На Церере найдены десятки древних криовулканов (видео)

Точки Лагранжа везде и повсюду, хоть они и меняют постоянно своё конкретное местоположение в пространстве. Они всегда следуют по орбите за меньшим объектом системы вращения, и это создаёт постоянно меняющийся ландшафт гравитационных холмов и долин. Другими словами, распределение гравитационных сил в Солнечной системе со временем меняется. Иногда притяжение в тех или иных пространственных координатах направлено в сторону Солнца, в другой момент времени — в сторону какой-либо планеты, а бывает и так, что по ним проходит точка Лагранжа, и в этом месте воцаряется равновесие, когда никто никого никуда не тянет.

Точки Лагранжа (лабирации)
Точки Лагранжа (лабирации)

Метафора с холмами и долинами помогает нам лучше представить эту абстрактную идею, поэтому мы ещё несколько раз воспользуемся ею. Иногда в космосе происходит так, что один холм проходит рядом с другим холмом или другой долиной. Они могут даже накладываться друг на друга. И вот в этот самый момент космические перемещения становятся особенно эффективными. Например, если ваш гравитационный холм накладывается на долину, вы можете «скатиться» в неё. Если на ваш холм накладывается другой холм, вы можете перескочить с вершины на вершину.

Как использовать Межпланетную транспортную сеть?

Когда точки Лагранжа различных орбит приближаются друг к другу, не нужно почти никаких усилий, чтобы переместиться из одной в другую. Это значит, что если вы никуда не спешите и готовы подождать их сближения, то сможете перепрыгивать с орбиты на орбиту, например, по маршруту Земля-Марс-Юпитер и дальше, почти не тратя топлива. Легко понять, что именно эту идею использует Межпланетная транспортная сеть. Постоянно меняющаяся сеть точек Лагранжа похожа на извилистую дорогу, позволяющую перемещаться между орбитами с мизерным расходом горючего.

В научной среде эти перемещения из точки в точку называются низкозатратными переходными траекториями, и они уже были несколько раз использованы на практике. Одним из самых известных примеров является отчаянная, но успешная попытка спасения японской лунной станции в 1991 году, когда у космического аппарата было слишком мало топлива, чтобы завершить свою миссию традиционным способом. К сожалению, мы не можем использовать этот приём на регулярной основе, так как благоприятного совмещения точек Лагранжа можно ждать десятилетиями, столетиями, и даже дольше.

Но, если время не торопит, мы вполне можем позволить себе отправить в космос зонд, который будет спокойно дожидаться нужных совмещений, а всё остальное время собирать информацию. Дождавшись, он будет перескакивать на другую орбиту, и осуществлять наблюдения, находясь уже на ней. Этот зонд сможет путешествовать по Солнечной системе неограниченное количество времени, регистрируя всё, что происходит поблизости от него, и пополняя научный багаж человеческой цивилизации. Понятно, что это будет принципиально отличаться от того, как мы исследуем космос сейчас, но этот способ выглядит перспективно в том числе и для будущих долговременных миссий.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector