Сколько времени занимает полет до венеры – все о космосе

Сколько по времени лететь до Луны?

Луна является естественным спутником Земли. Её основное влияние главным образом выражается в виде приливов и отливов, это связано с тем, что гравитация создает две выпуклости на противоположных сторонах планеты. Также орбита Луны расположена одновременно близко и далеко от Земли.

Сколько по времени лететь до Луны?Ученым пришлось потратить огромное количество времени, чтобы вычислить оптимальные траектории полета. Огромное значение имеет как сам летательный аппарат, так и тип используемого топлива, также большое влияние оказывает выбранная методика взлета и посадки.

В результате для достижения поверхности спутника человеку может потребоваться от нескольких суток до восьми часов.

Нюансы полета

Точное измерение дистанции стало возможным благодаря использованию лазерного оборудования, однако еще в более древние времена астроном Гиппарх сумел вычислить, что расстояние от Земли до Луны – примерно, 380 000 километров, оказавшись ближе всех к правде.

Именно расстояние, а также местонахождение небесного тела являются основными критериями в вычислении длительности полета.

В поисках оптимального решения ученые создали несколько теорий, согласно которым можно оптимизировать количество потраченного топлива и увеличить конечную точность приземления.

Орбита Луны является эллиптической, из-за чего расстояние между спутником и Землей постоянно меняется. Выглядит это следующим образом:

  • перигей — это ближайшая точка, когда спутник подходит максимально близко к планете, в случае с Луной расстояние составляет от 356 400 до 370 400 км;
  • апогей — противоположная точка орбиты, когда Луна, напротив, наиболее сильно отдаляется от Земли, в этом варианте расстояние составит более 404 000 км;
  • средняя дистанция, или большая полуось, равна 384 999 км.

Для того чтобы преодолеть такое «малое» по меркам Космоса расстояние на самолете со скоростью 800 км/ч, понадобится около 20 дней. Известно, что корабли «Аполлон» могли долететь до Луны всего за трое суток, что уже намного быстрее. Если суметь разогнать аппарат до второй космической скорости (11 км/c), то человек сможет выйти на поверхность спутника уже через 10 часов.

Аппараты, способные долететь до Луны

Самым технологически продвинутым полетом к Луне стал запуск зонда ЕКА SMART-1. До спутника он добирался целых 410 дней.

В качестве силовой установки был использован революционный для 2003 года ионный двигатель, основным достоинством которого стала экономичность в расходе топлива.

За все путешествие зонд потратил лишь 82 килограмма топлива, закрепив за подобным способом звание самого экономичного и одновременного самого длительного.

Пять дней понадобилось китайскому спутнику Chang’e-1, чтобы добраться до орбиты Луны, при помощи обыкновенных ракетных двигателей. Однако ему пришлось некоторое время оставаться на орбите Земли, для того чтобы получить правильные координаты точки отправки. Это можно считать очень неплохим результатом, особенно учитывая, что это стандартная технология.

Наиболее быстрым пилотируемым полетом стала миссия «Аполлон». Астронавты отправились на ракете «Сатурн-5» и уже через трое суток достигли лунной поверхности. В состав экспедиции входил знаменитый Нил Армстронг.

Данный полет имел огромное значение для США, поскольку на нём базировалась вся национальная идея, требовавшая выполнения задачи по покорению спутника Земли.

Успешное её выполнение ознаменовало победу Америки над СССР в космической гонке.

Впрочем, перелеты можно осуществить и намного быстрее. Спутник, запущенный согласно проекту NASA «Новые горизонты», относящийся к исследованию Плутона, сумел преодолеть 380 000 километров всего за 8 часов и 35 минут.

Это стало возможным благодаря тому, что с самого начала спутник имел сильное ускорение в 58 000 км/ч, данный шаг был обусловлен задачей по преодолению солнечной гравитации, что сделало возможным достижение Луны в более менее приемлемые для человека сроки.

Однако следует учитывать перегрузки, которые испытывает организм во время подобного полета, а это, в свою очередь, серьезно осложняет всю задачу, делая настоящей головоломкой для инженеров.

Заключение

Тем не менее, никакие препятствия и сложности не смогли помешать образованию туристических агентств, которые способны отправить человека в Космос на уик-энд.

Подобных туров существует всего несколько, причем в их числе есть как долгие, когда используются ионные двигатели, так и быстрые, в таком случае клиент будет возвращен обратно всего через несколько дней. Однако следует учитывать, какие средства выделяются для осуществления хотя бы одного полета.

На данный момент Космос обходится слишком дорого даже государствам, поэтому о простых, даже относительно богатых людях говорить не стоит.

Развитие современных технологий идет очень большими темпами. Уже скоро человечество сможет начать колонизацию и строительство долговременных баз на ближайших космических объектах.

Тем не менее, вопрос «Сколько по времени лететь до Луны?» будет открытым из-за появления новых, более эффективных транспортных средств, а также более качественного топлива, которое будет давать намного больше энергии, что позволит серьезно увеличить скорость нынешних космических аппаратов.

Источник: https://vseonauke.com/1185186392895130477/skolko-po-vremeni-letet-do-luny/

Сколько времени нужно лететь на космическом корабле до Луны

Главная > Маршруты > Сколько потребуется лететь на ракете от Земли до Луны

Космос всегда интересовал человека. Далёкий, неизведанный и таинственный: возможности космических путешествий и открытие новых далеких миров неизменно волновали человека.

Ближайшим к нам небесным телом является земной спутник Луна, поэтому неудивительно, что ещё на заре освоения космоса человек пытался долететь именно до этого небесного тела.

Расскажем вам о том, сколько нужно лететь до Луны и поговорим об истории ее освоения.

Битва за космос: история освоения

Советский Союз первым смог отправить человека в космос, выиграв тем самым негласное соревнование с Соединенными Штатами Америки. В ответ на это США стали развивать свою лунную программу, которая подразумевала первоначально орбитальные облеты спутника, а в последующем и высадку людей на Луну.

Сколько средств ушло на данную программу подсчитать невозможно. Специалисты отмечают, что в сопоставимых ценах реализация этой программы оценивается в 500 миллиардов долларов.

Специально для таких полетов НАСА разработало ракету Сатурн 5, которая позволяла добраться до Луны за 3-4 дня.

Этот ракетоноситель был самой мощной на те времена ракетой, которая могла покрыть огромное расстояние в несколько сотен тысяч км от Земли до нашего спутника на максимально короткий срок.

Первым человеком, ступившим на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг, который в 1969 году в составе миссии Аполлон 11 смог посадить лунный модуль неподалеку от моря Спокойствия.

В последующем было отправлено несколько успешных американских пилотируемых миссий, а в общей сложности на поверхности спутника побывало около десятка астронавтов, которые провели многочисленные исследования и привезли на Землю более 20 килограмм лунного грунта.

Спустя несколько лет интерес к Луне угас, и было решено свернуть дорогостоящую программу полетов.

Объясняется подобное дороговизной пилотируемых полетов, поэтому в США и в Советском Союзе решили сконцентрировать свое внимание на околоземном исследовании космоса и строительстве обитаемых станций на орбите Земли.

Летать на орбиту Земли было куда проще и дешевле, а создание орбитальной станции позволило существенно продвинуться в развитии исследований космоса.

Интерес к далеким полетам угас почти на 30 лет.

Лишь сегодня, когда человечество задумывается об исследовании и колонизации Марса, вновь появился интерес к нашему спутнику, который рассматривают в качестве возможной перевалочной базы для далёких межпланетных перелетов. Человечество сделало существенный шаг вперёд в области ракетостроения, что позволяет не только удешевить такие полеты, но и сделать их намного быстрее и безопаснее.

История покорения:

  • 1959 год – советский исследовательский аппарат впервые достиг нашего спутника.
  • 1966 год – первая успешная посадка аппарата.
  • 1969 год – высадка экспедиции Нила Армстронга.
  • 1972 год – последний на сегодняшний день полет человека на Луну.

Сколько лететь до Луны

Спутник вращается вокруг Земли по слегка приплюснутой эллиптической орбите. Поэтому расстояние от Земли до Луны может меняться от 355 до 404 тысяч километров. Многим из нас сложно представить подобное расстояние от Земли до Луны. Чтобы преодолеть такой путь, потребуется:

  • Если идти пешком, то потребовалось бы 9 лет непрерывной ходьбы.
  • На автомобиле, который движется со скоростью около 100 километров в час, можно было бы добраться до Луны за 160 дней.
  • На самолете, способном разогнаться до 800 км/ч, лететь нужно около 20 суток.
  • На космическом корабле Аполлон, который разгонялся до скорости в несколько тысяч км в час, можно было добраться до Луны за 72 часа.
  • Время полета на современном космическом аппарате составляет 9 часов.

Теоретически, полёт на Луну на современных ракетах, даже несмотря на удаление в 380–400 тысяч километров, не представляет особой сложности.

Не требуется подбирать время для старта ракетоносителя, так как минимальное и максимальное расстояние до спутника не столь велико.

Длительность таких перелетов составляет лишь несколько дней, что позволяет решить проблема радиации в космосе, которая увеличивается при вспышках на Солнце.

Современные тяжелые ракетоносители, которые разрабатываются специально для полета на Марс, могли бы также использоваться для перелетов до Луны и обратно. В данном случае полёт на расстояние в 400 тысяч км занял бы 15–17 часов в одну сторону.

Единственный нюанс подобных полетов состоит в том, необходимо первоначально обустроить лунную базу, где бы приземлялись спускаемые модули, что и позволило бы проводить исследование нашего спутника или даже жить на базе в течение определённого времени.

Перспективы дальних полетов и исследовательских миссий

Споры о целесообразности исследования Луны и полетов на наш спутник не утихают и по сей день.

Если первоначально на заре исследования и покорения человеком космоса интерес к таким полетам, даже несмотря на расстояние в несколько сотен тысяч км, был чрезвычайно высок, то в последующем люди просто поняли бесперспективность обустройства базы на Луне, которая не имела каких-либо полезных ископаемых, что и делало такие дорогостоящие полеты попросту бессмысленными.

Однако сегодня, когда человечество задумывается о первых полетах на Марс и колонизации Красной планеты, именно Луна на некоторое время может стать перевалочной базой, что, в свою очередь, упростит дальние межпланетные перелеты. Наш спутник может фактически стать испытательным полигоном, что и позволит в последующем заселять Марс и другие пригодные для жизни планеты.

С развитием технологий существенно упростились полеты к нашему естественному спутнику, а обустройство тут обитаемой базы уже не кажется чем-то из разряда фантастики. Лететь до Луны стало проще и безопаснее. В ближайшие десять лет подобные перелеты, несмотря на расстояние до Луны в почти 400 тысяч км, станут обыденным делом, а человек вновь вернётся к исследованию дальнего радиуса Земли.

Источник: https://turisti.guru/marshruty/skolko-potrebuetsya-letet-na-rakete-ot-zemli-do-luny.html

Сколько лететь до Марса по времени

Марс всегда привлекал к себе внимание ученых, писателей-фантастов и простых обывателей.  Близость к Земле этой планеты позволяет ее рассматривать как ближайшую цель в будущих межпланетных путешествиях

Сколько часов, дней, месяцев человеку лететь до Марса?

Давайте представим, что мы отправимся в полет на Марс, подгадав вылет так, чтобы нам потребовалось преодолевать минимальное расстояние. В таком случае аппарат, летящий с такой же скоростью что и  Saturn-V, долетит до места назначения примерно за 870 часов или 36 земных дней.

А теперь представим, что на Марсе нам не понравилось и мы захотим домой, то лучше нам возвращаться поскорее. С каждым месяцем срок на обратное путешествие будет увеличиваться.

В 2027 году на обратную дорогу на Землю нам понадобится уже 258 дней (8.6 месяцев).

Хотя есть вариант дождаться 2035 года и снова полететь по короткому маршруту за 36 дней.

Читайте также:  Биография карла гаусса - все о космосе

Сколько лететь со скорость света?

Свет от Марса достигают Земли в течение 3 минут, когда планеты находятся на ближайшем друг от друга расстоянии. Именно столько времени потребовалось бы человеку, чтобы достичь этой планеты на космическом корабле, двигающемся со скоростью света.

Почему время необходимое на полет до Марса постоянно меняется?

Первый корабль, который долетел до Марса, был Mariner4 в 1964 году. Сделал он это за  228 дней. После были произведены запуски еще нескольких кораблей, и каждый раз время полета отличалось друг от друга в большую или меньшую сторону.

 Если учесть, что скорость современного космического корабля составляет 20 000 км/час, то можно просчитать, что полет на нем займет 115 дней.

Но тогда не понятно, почему на практике все посланные туда корабли добираются гораздо дольше.

https://www.youtube.com/watch?v=t-GxCnaIxTA

Совсем недавно полет исследовательского зонда равнялся более 8 месяцев. При современном развитии технологий путешествие на Марс может занять от 150 до 300 дней.

Такой разброс связан с влиянием на время прохождения маршрута целого ряда факторов:

  • стартовой скорости;
  • расположения планет относительно друг друга;
  • заложенной траектории полета;
  • количества топлива.

Все объясняет движение планет по своей орбите вокруг Солнца. Поэтому невозможно сделать прямой запуска ракеты.

Ведь пока она долетит до Марса, он уже успеет далеко продвинуться по своей орбите. Поэтому  чтобы  точно рассчитать, сколько времени лететь, надо закладывать расчеты на опережение.

То есть теоретически надо просчитать то место, куда продвинется Марс за время полета ракеты, и именно туда ее и направить.

Второй очень важной проблемой является количество затрачиваемого топлива. Сегодня именно он является приоритетной задачей для космических инженеров. Корабли сегодня запускаются по такой траектории, которая позволяет добиться максимальной экономии горючего.

Сколько километров до Марса?

Марс – это четвертая планета от солнца и вторая относительно земной орбиты. Так как Солнце удерживает все планеты на различных орбитах, то расстояние до Марса от Земли постоянно меняется. Когда впервые был сделан снимок с помощью телескопа Хаббл, это расстояние составляло 55 млн.км.

На таком расстоянии планеты бывают один раз в течение года, именно в это время  туда посылаются разведывательные станции. Учеными было высчитано, что если Марс будет находиться в определенной точке орбиты, называемой Перигелия, а Земля в точке Афелия, расстояние между ними составит 54,6 млн. км.

Однако такого расположения планет человечество пока не наблюдало.

Сколько по времени лететь человеку на Марс?

Над этой задачей сегодня работают многие специалисты в различных странах. Для ее решения потребуется совершенно новый вид топлива.

И к тому же надо что-то делать с  восприимчивостью человека к различным видам космической радиации. Она скапливается практически во всех частях его тела и не выводится потом до конца жизни.

Если организм космонавта не будет защищен от радиации, то он не сможет продержаться в космосе и двух часов.

Поэтому так важно решить проблему того, сколько лететь на ракете. С уменьшением времени будет сведен к минимуму  риск получить космическое облучение, а также потребуется меньшее количество запасов, необходимых космонавтам для жизни.

 Для того, чтобы вернуться с Марса домой космонавтам придется ждать следующего противостояния. А это занимает довольно много времени. По последним подсчетам оно может доходить до 16 месяцев.

При этом надо учесть, что после противостояния Земля стремительно убежит вперед, так как у нее более высокая орбитальная скорость.

Поэтому спустя три месяца планеты настолько сильно отдаляться друг от друга, что вернуться на землю космонавты не смогут.

 Ученые посчитали, для того, чтобы сделать возможным полеты с Земли на Марс космические корабли должны развивать скорость 18 км/с.  А для удешевления миссии осуществлять отправку  межпланетных кораблей с Луны. Поэтому для  удачного времени полета важно вычислить время оптимального расстояния от Луны до Марса.

А пока при современном уровне развития космической науки такая экспедиция на Марс может занять около двух лет. И поэтому полеты на эту загадочную планету остаются делом будущего. Нам остается верить и ждать, когда в распоряжении у человека появятся новые технологии, которые позволят построить суперскоростные марсианские корабли, использующие суперэкономное горючее.

Источник: http://mnogofactov.ru/kosmos/skolko-letet-do-marsa-po-vremeni.html

Полет к Венере

Таинственный манящий блеск Венеры мы можем наблюдать то вечером, то утром. В глубокой древности люди принимали Венеру за две звезды: вечернюю – Веспер и утреннюю – Люцифер.

Однако древнегреческому ученому Пифагору уже было известно, что в действительности это только одна звезда. Позднее этой яркой звезде присвоили имя богини любви и красоты – Венеры, как бы воплотившей в себе образ прекрасной недоступной женщины.

Не случайно в качестве обозначения Венеры астрономы избрали изображение ручного зеркала – эмблемы женственности и красоты.

В результате многовековых наблюдений было установлено, что Венера движется вокруг Солнца почти по круговой орбите на среднем расстоянии от него в 108 миллионов километров, совершая полный оборот за 224 суток 16часов 49 минут. Средняя скорость ее движения по орбите составляет 35км/сек.

Венера – ближайшая к нам соседка из внутренних планет Солнечной системы. Ее орбита расположена внутри орбиты Земли. Плоскости орбит этих планет пересекаются под небольшим углом, составляющим всего около 3,5 градуса. Взаимное расположение Земли и Венеры непрерывно меняется из-за различия их периодов обращения вокруг Солнца. Поэтому в.

процессе орбитального движения Венера периодически занимает относительно Солнца и Земли два диаметрально противоположных положения, получивших названия нижнего соединения (Венера находится между Солнцем и Землей) и верхнего соединения (Солнце находится между Землей и Венерой).

Минимальное расстояние между Землей и Венерой, соответствующее нижнему соединению, составляет около 42 миллионов километров, а максимальное, в верхнем соединении, – 258 миллионов километров. Нижнее соединение, как и верхнее, повторяется через 584 суток.

Точно через такой же период времени повторяется и любое другое взаимное положение планет и это определяет периодичность запусков космических станций к Венере.

Из-за несовпадения плоскостей орбит Земли и Венеры в момент нижнего соединения Венера чаще всего отклоняется вверх или вниз (по отношению к плоскости орбиты Земли) от прямой, соединяющей центры планет. Однако существуют такие соединения, когда Венера все же оказывается на этой прямой. Они именуются явлением прохождения Венеры через диск Солнца.

Эту картину можно наблюдать даже невооруженным глазом. Но стать свидетелем этого интересного явления может далеко не каждый желающий, поскольку периодичность его составляет последовательность 8 и 105,5 лет; 8 и 121,5 лет. Последний раз это явление наблюдалось 9 декабря 1874 года и 8 декабря 1882 года.

Оно повторится вновь только 8 июня 2004 года и 6 июня 2012 года.

Исследованию Венеры с помощью автоматических межпланетных -станций предшествовало решение целого комплекса сложнейших научно-технических проблем. С позиций космической баллистики эти проблемы сводятся к следующему:

1. Выбор способа старта с Земли, обеспечивающего возможно меньшую скорость движения станции в конце активного участка полета. Это позволит вывести на траекторию полета к Венере наибольший полезный груз и снизить стартовый вес и габариты ракеты.

2. Определение такого режима полета станции и времени старта, чтобы, преодолев силу земного притяжения и в последующем двигаясь под действием силы протяжения Солнца, она могла бы в заранее назначенной точке космического пространства встретиться с Венерой.

3. Выбор времени полета.

При слишком большой продолжительности полета возрастает опасность столкновения станции с микрометеорами и вероятность выхода из строя элементов аппаратуры 'Станции под воздействием факторов космической среды.

При этом время достижения Венеры должно быть выбрано так, чтобы в момент входа станции в атмосферу Венеры она должна быть видна из центра дальней космической связи, расположенного на территории Советского Союза.

4. Определение такого расположения Земли и Венеры и соответствующий ему межпланетной траектории, чтобы в момент встречи Венера была возможно ближе к Земле. Этим обеспечивается надежность радиосвязи на заключительном этапе полета станции.

5. Выбор такой траектории полета, чтобы скорость входа станции в атмосферу Венеры была по возможности наименьшей. При этом уменьшаются перегрузка и величина нагрева, воздействующие на спускаемый аппарат, что позволит уменьшить вес его конструкции и теплозащиты.

Конечно, некоторые из этих требований являются противоречивыми и их невозможно удовлетворить все одновременно.

Поэтому перед баллистиками возникает задача отыскания некоего компромиссного решения, отвечающего в какой-то степени всем выдвинутым требованиям.

В силу этих причин выбор траектории полета к Венере является довольно сложным делом, связанным с многочисленными расчетами и анализом получающихся результатов.

Вся траектория межпланетного полета может быть условно разделена на три следующих основных участка:

– полет в сфере действия Земли;

– движение под притяжением только одного Солнца;

– полет в сфере действия планеты-цели (Венеры). Такое разделение траектории носит условный характер и возникло только из-за того, чтобы как-то упростить решение задачи расчета ее.

Мы уже не раз говорили о том, что даже такая “простая” задача, как движение космического аппарата под влиянием притяжения только Земли и Луны, представляемых в виде материальных точек, не имеет аналитического решения и поэтому может быть исследована только численными методами. В межпланетном полете условия задачи еще больше усложняются.

Здесь в качестве действующих сил выступают, кроме Земли и Луны, еще Солнце и планеты Солнечной системы. В настоящее время отсутствуют даже какие-либо намеки на возможность отыскать решение этой задачи. Поэтому инженерам приходится довольствоваться одними численными, методами.

Но численные методы, как мы уже знаем, при расчетах большого числа вариантов межпланетных траекторий очень трудоемки даже для современных быстродействующих электронных вычислительных машин.

В силу этого обстоятельства баллистики и избрали упрощенный, приближенный способ расчета траектории, основывающийся на том, что вся траектория разбивается на участки по сферам действия планет. Внутри каждого участка для описания движения стала применимой теория эллиптического движения, т. е.

на вооружение были взяты конечные формульные зависимости, значительно упрощающие и ускоряющие процесс расчета траектории. Разумеется, получающийся при этом результат носит приближенный характер, но по своей точности он, как правило, удовлетворяет требованиям проектирования полетов и качественного анализа характеристики движения. Когда же дело касается расчета траектории полета станции, то, конечно, здесь в обязательном порядке привлекаются строгие численные методы.

Рассмотрим теперь особенности и характеристики траекторий полета к Венере.

Старт с Земли. Старт с Земли в силу тех же самых причин, которые были рассмотрены при старте космических аппаратов с целью полета к Луне, целесообразно проводить с орбиты спутника Земли. Именно по этому способу начинали свое космическое путешествие советские и американские станции, направлявшиеся к Венере или Марсу.

Итак, предположим, что, покинув орбиту спутника Земли и достигнув второй космической скорости, станция устремилась в космическое пространство. Имея громадный запас кинетической энергии, она начнет быстро удаляться от Земли. Однако за счет непрекращающегося притяжения Земли с каждой секундой и с каждым километром высоты скорость станции будет уменьшаться.

На высоте 1000 км она снизится до 10,403км/сек. Конечно, по мере роста высоты притяжение Земли будет убывать и поэтому темп уменьшения будет снижаться. На высоте 10000 км скорость полета станет 6,983км/сек, а по достижении высоты 100000 км она составит всего 2,740км/сек.

Непрерывно-уменьшая свою скорость, станция будет постепенно удаляться от Земли, но когда дойдет до границы сферы действия Земли, ее запас кинетической энергии будет практически исчерпан.

Читайте также:  Космонавт добровольский георгий тимофеевич - все о космосе

Поэтому скорость станции относительно Земли окажется очень малой… Значит, достигнув второй космической скорости, станция, преодолев силу земного тяготения, не упадет обратно на поверхность Земли, но и не удалится от ее орбиты, начав двигаться вокруг Солнца по почти одинаковой с Землей орбите.

Отсюда следует, что для полета к Венере или Марсу необходимо стартовать от Земли со скоростью, превышающей вторую космическую. Тогда, покинув Землю, за границей сферы ее действия станция будет иметь некоторый запас скорости, достаточный для искривления орбиты и достижения планеты-цели.

Забегая вперед, можно сказать, что для полета к Венере станция за пределами сферы действия Земли должна иметь скорость относительно Земли 2,494км/сек. Для этого ракета должна стартовать с Земли со скоростью 11,464км/сек, т. е. полет внутри сферы действия Земли будет совершаться по гиперболической траектории.

Для полета к Марсу потребуется скорость удаления от Земли не менее 2,943км/час, а скорость отлета соответственно должна быть равна 11,570км/сек.

Понятно, что величина скорости старта с орбиты спутника Земли для полета в межпланетное пространство будет существенным образом зависеть от высоты этой орбиты.

Потребная скорость старта для достижения одной и той же скорости удаления с ростом высоты спутника уменьшается. Например, для полета к Венере при старте с орбиты спутника высотой 200 км необходима скорость отлета 11,296км/сек, а со стационарной орбиты (H = 35809,4 км) – 5,015км/сек.

Если старт производить с Луны, то ракета должна вначале преодолеть притяжение Луны, а затем, выйдя из сфер ее действия, – притяжение Земли. Несмотря на это, скорости отлета от Луны для достижения заданной скорости удаления от Земли получаются значительно меньшими.

Например, для полета к Венере с оптимальной скоростью удаления (2,494км/сек) от Земли при старте с орбиты спутника Земли потребуется скорость 11,296км/сек. В то же время при старте с поверхности Луны она уменьшится до 3,017км/сек.

Эти данные сулят заманчивые перспективы использования Луны в качестве естественного космодрома нашей планеты. Развивая идеи К. Э. Циолковского, еще в 30-х годах эта мысль была высказана одним из его первых последователей Ю. В. Кондратюком.

Главное преимущество старта с Луны или ее спутников заключается в требовании значительно меньших скоростей отлета.

Рис. 93. Траектория прямого полета с Земли на Венеру: 1 – Земля; 2 – траектория полета космического аппарата; 3 – Венера в момент прилета аппарата; 4 – Венера в момент старта аппарата с Земли

Межпланетная траектория. Самый простой путь к Венере – полет по наикратчайшему расстоянию.

Он может быть осуществлен, если станция, образно говоря, будет “падать” на Венеру с высоты орбиты Земли (рис. 93). Чтобы попасть в Венеру, в момент встречи со станцией она должна находиться в нижнем соединении.

“Падение” станции на Солнце может начаться только тогда, когда скорость ее движения по орбите вокруг Солнца после старта с Земли должна равняться нулю.

Так как Земля движется вокруг Солнца со скоростью 29,76км/сек, то станции при отлете с Земли необходимо сообщить именно эту скорость, но направить ее навстречу орбитальному движению нашей планеты. Кроме того, необходимо еще добавить скорость на преодоление силы земного притяжения.

Расчеты показывают, что в этом случае при старте промежуточной орбиты спутника Земли станция должна приобрести скорость, обеспечивающую “падение” на Солнце, – около 31,8км/сек. На современном уровне развития ракетной техники это пока недостижимая величина.

Но если все же допустить возможность получения такой скорости, то станция в своем “падении” преодолеет расстояние между планетами, равное 42 млн. км, всего за 25 суток. Однако существует еще один недостаток, связанный с перелетом на Венеру по кратчайшему пути. В момент встречи станции с планетой наземные пункты управления не смогут принять с борта станции никакой информации. Станция по отношению к Земле будет проектироваться на диске Солнца, и мощные солнечные излучения поглотят в себе слабые сигналы станции.

В силу указанных причин специалистами стали изучаться иные траектории полета к Венере, соответствующие минимальной скорости отлета. Строгий математический анализ показал, что энергетически оптимальной траекторией является эллипс, в одном из фокусов которого лежит Солнце.

Афелий этой орбиты (напомним, что афелий есть точка эллиптической орбиты, наиболее удаленная от Солнца, а перигелий – наименее удаленная) должен касаться орбиты Земли, а перигелий – орбиты Венеры (рис. 94).

Траектория полета к Венере будет иметь следующие характеристики:

– скорость старта с орбиты спутника Земли 11,46км/сек;

– скорость удаления от Земли 2,49км/сек;

– пройденный путь до момента достижения Венеры 804,2 млн. км;

– продолжительность полета 146,1 суток;

– расстояние между Землей и Венерой в момент прилета станции 90 млн. км.

Рис. 94. Орбита перелета с Земли на Венеру с минимальным расходом топлива: 1 – точка старта с Земли; 2 – точка прилета на Венеру; 3 – орбита перелета

Однако, несмотря на хорошие энергетические данные, полет по такой траектории имеет и свои недостатки.

Первый недостаток заключается в сложности вывода станции на орбиту. Для выхода на такую орбиту на границе с сферой действия Земли станция должна иметь Скорость примерно 2,5км/сек и должна быть направлена строго в сторону, противоположную движению Земли. Ошибка в скорости выведения всего в 1м/сек приведет к тому, что станция пролетит мимо Венеры на расстоянии 70 тыс. км.

Второй недостаток состоит в относительно большой продолжительности полета, составляющей 5 месяцев, и в значительном расстоянии между планетами в момент встречи с Венерой. К настоящему времени ракетная техника сделала заметные успехи, и на повестку дня стали ставиться вопросы сокращения продолжительности полета в ущерб экономии энергии.

Поэтому полеты с минимальной скоростью уже не рассматриваются как единственно возможные. Пути сокращения времени полета вышли из кабинетов баллистиков и конструкторов и реализуются на практике.

Продолжительность полета станций “Венера-5” и “Венера-6” составляла немногим более трех месяцев вместо требуемых условиями минимума энергии пяти месяцев полета.

Траектории полета, отличающиеся различной продолжительноностью, занимают некоторое промежуточное положение между оптимальной (продолжительность 146 суток) и прямолинейной (продолжительность 25 суток).

Исходя из весовых и конструктивных соображений, а также учитывая возможности работы средств наземного командно-измерительного комплекса, были выбраны траектории продолжительностью 3 – 4 месяца. Тогда расстояние между Землей и Венерой в момент встречи оказывается равным примерно 70 млн. км. Солнце при этом не мешает радиосвязи.

Этим характеристикам перелетной траектории отвечает определенная конфигурация планет: Земля в момент отлета станции должна опережать Венеру в угловом движении вокруг Солнца примерно на 45° (рис. 95).

Отсюда также вытекает возможная периодичность запуска станций -584 суток, поскольку спустя это время взаимное положение планет повторяется.

Однако отклонение от относительного времени старта в ту или иную сторону на несколько суток практически мало сказывается на энергетике полета и только этим объясняется, что для взлета станций “Венера-5” и “Венера-6” были выбраны даты 5 января и 10 января 1969 года. Продолжительность полетов для этих стартов составили соответственно 131 и 127 суток, так что при стартах станций с интервалом в 5 суток прилет их к Венере произошел с интервалом в 1 сутки.

Рис. 95.

Межпланетная орбита при полете с Земли на Венеру за 70 суток: 1 – Земля в момент старта; 2 – Земля в момент прилета на Венеру; 3 – Венера в момент старта с Земли; 4 – Венера в момент прилета на нее

Выбор траекторий и режимов полета межпланетных космических кораблей является чрезвычайно ответственной и вместе с тем увлекательной научной задачей.

В этой области баллистики много сделал наш замечательный соотечественник, энтузиаст и фанатик космических идей К. 3. Циолковский, создавший принципиальные решения основных вопросов космической техники и баллистики. Дальнейшее развитие вопросов межпланетных путешествий выполнили советские ученые Ф. А. Цандер, Ю. В. Кондратюк, А. А.

Штернфельд, немецкие ученые В. Роман и Г. Oбepт. В настоящее время количество работ, посвященных этому направлению, значительно умножилось. Вспомните, например, весьма обстоятельную книгу К. Эрике “Космический полет” или многочисленные работы нового поколения советских ученых Д. Е. Охоцимского, В. А. Егорова, Ю. А. Рябова и многих, многих других.

Однако бурное развитие техники, накопление опыта межпланетных полетов ставит перед всеми специалистами, готовящими и обеспечивающими полет космических аппаратов, новые, более сложные проблемы. В решении их не последнюю роль играет и космическая баллистика. Дальнейший прогресс ее – дело ближайшего будущего.

Источник: http://psmi.narod.ru/st062.htm

Условия полета на Марс

Движение планет определяет время, когда можно осуществить экспедицию и продолжительность самой экспедиции. Обычно рассматривают два сценария экспедиции на Марс.

Первый сценарий известен давно и основан на очевидных траекториях перелета между орбитами планет. Назовем его классическим  вариантом экспедиции [1].

Здесь перелеты Земля – Марс и Марс – Земля обычно симметричны, а экипаж ожидает на орбите Марса удобной конфигурации планет. Общая продолжительность экспедиции около 3 лет.

Другой вариант, назовем его скоростной вариант, предполагает полет к Марсу всего на 30 суток и возвращение по траектории, пересекающей орбиту Венеры [2] (рис.1).

Здесь экспедиция длится примерно на один год меньше чем в классическом варианте. Последний вариант часто выбирают исходя из соображений минимума пребывания экипажа в дальнем космосе.

Предполагается, что таким образом можно уменьшить негативное влияние радиации и невесомости.

Рис.1. Проект экспедиции по быстрому варианту от РКК «Энергия» [3].

Экспедиция продлится примерно 550 суток.

Продолжительность экспедиции и время старта зависит от энергетики и типа используемых двигателей.

Различают двигатели большой тяги, которые сообщают кораблю необходимую скорость так сказать за один прием и двигатели малой тяги которые работают долго и корабль постепенно набирает скорость.

Зато такие двигатели благодаря большому удельному импульсу позволяют брать меньше топлива или увеличить массу полезной нагрузки. Такая возможность была очень соблазнительной для конструкторов, и было предложено много проектов с использованием двигателей малой тяги.

К сожалению, для таких двигатели еще не завешен этап опытно-конструкторских работ. Из-за того, что ускорение создаваемое двигателями малой тяги очень мало корабль медленно набирает скорость. Это увеличивает продолжительность разгона вблизи Земли или Марса и в целом никак не уменьшает время перелета.

С другой стороны быстрый вариант экспедиции предполагает исследования, на орбите Марса включая посадку, всего в течение порядка 30 суток (рис.1). Сомнителен научный результат такой миссии. Поскольку научные исследования требуют скрупулезности, и последовательности, поспешность здесь неуместна.

Поэтому ниже обсуждается только классический вариант, которых хоть и более продолжителен, но позволяет провести серьезные исследования Марса.

По любому сценарию, где используются перелеты по экономичным траекториям и двигатели большой тяги старт к Марсу возможен в течение всего 20 суток в так называемое окно старта, которое начинается за 96 суток до очередного противостояния. Учитывая еще и энергетические соображения, окно для старта оказывается еще уже.

Рис.2. Орбиты планет и противостояния Марса.

Противостояния Марса случаются обычно летом или в начале осени и повторяются каждые два года. На рис. 2 показаны даты противостояний Марса и орбиты планет. Поэтому старт возможен примерно за три месяца до очередного противостояния. Хорошо лететь в год великих противостояний, которые повторяются каждые 15 или 17 лет. В год великого противостояния расстояние между Марсом и Землей минимально.

Читайте также:  Вега из созвездия лиры - все о космосе

Ближайшее великое противостояние будет в июле 2018 г. Однако, в годы великих противостояний на Марсе часто бушуют сильные пылевые бури, которые могут затруднить исследования в первые месяцы экспедиции.

Однако изучение развития самой пыльной бури так же представляет научный интерес. Если главная цель иная, то следует проводить пилотируемую экспедицию либо на один двухлетний цикл раньше либо на один цикл позже.

Поскольку разница в расстоянии между планетами вблизи положения великого противостояния не слишком велика.

Само окно для старта открывается с интервалом в 780 суток. Поэтому запуск первого транспортного корабля следует осуществить за 2 года и примерно 50 дней до запуска второго корабля.

Минимальная скорость отлета при старте с орбиты высотой 200 км составляет 3.613 км/с. Траектория соответствует так называемой гомановской траектории. Она проходит по касательной к орбите Марса (I на рис.3) [4]. На рис.

3 показано положение Земли и Марса в момент старта для трех вариантов экономичных траекторий. Гомановская траектория наиболее экономична  с точки зрения расхода топлива, но она самая длительная по времени перелета.

В этом случае продолжительность перелета составит 258.9 суток.

Рис. 3. Экономичные траектории для полетов к Марсу

Существуют еще две траектории (II и III), которым соответствуют начальные скорости 3.846 км/с и 4.046 км/с. Время перелета по траектории II составляет уже 164.5 дня, а время перелета по траектории III составит 144.1 дня.

Видно, что между I и II траекторией есть существенная разница во времени перелета, которая достигает 3 месяцев. Разница же в необходимой скорости старта составляет всего 0.2 км/с.

Потребное приращение скорости между II и III траекторией составляет те же 0.2 км/с, но экономия времени составит всего 20 суток или 14% от времени перелета, что уже не является критической величиной.

Поэтому наиболее рациональной для пилотируемого перелета является траектория II и траектория I для грузового корабля.

Поскольку траектория II и III пересекают орбиту Марса, то возможно новая встреча с планетой, если в первый раз это не удается сделать. На рис. 3 эти точки встречи показаны цифрами со штрихами. Время перелета до нового сближения с планетой составить 419 суток и 497.6 суток соответственно для траекторий II и III.

Однако как видно точка 2’ совсем не удобна для выполнения каких-либо маневров, так как между Землей и Марсом будет находиться Солнце. Тем не менее, подобный вариант с двумя пролетами мимо Марса может быть полезным при отказе по техническим причинам от выхода на орбиту Марса.

Тогда можно дважды провести исследования планеты хотя бы с пролетных траекторий.

Поскольку плоскости орбит Земли  и Марса не совпадают, существует дополнительные трудности для перелетов в те или иные временные интервалы. Кроме того, следует учитывать большой эксцентриситет орбиты Марса. Из-за этого оптимальное время старта приходится на тот момент, когда Земля пересекает линию узлов Марса (рис.4).

Можно ожидать, что ситуация подобная великому противостоянию 1971 г. повторится 2018 г. Тогда противостояние должно наступить в начале июля. Соответственно прохождение Землей линии узлов будет происходить в начале мая.

Старт же следует осуществить за три месяца до противостояния или в начале апреля. Тогда мы получаем что, запустив корабль в начале мая, мы автоматически попадем в плоскость орбиты Марса, так как старт происходит вблизи линии узлов (рис.4).

Такой перелет позволит увеличить массу полезной нагрузки.

Если лететь по гомановской траектории с угловой дальность 180°, то прибытие к Марсу произойдет в январе 2019 года. Если лететь по более быстрой траектории II, то прибытие ожидается конце октября 2018 г.

Благоприятная конфигурация для обратного старта наступает, когда Марс немного опережает Землю. Для траектории II опережение должно составить 42,6°. Такая ситуация возникает в апреле 2020 г.

На рис. 4 отмечены одинаковыми цифрами положения планет в один и тот же момент времени.

Предположим, что окно для старта откроется в апреле 2018 г. Рассмотрим возможный сценарий пилотируемой экспедиции.

·        Старт 15-20 апреля 2018 г. (1)

·        Перелет к Марсу 162 суток (синяя кривая).

·        Прибытие в окрестности Марса в сентябре 2018 г. (2)

·        20-25 сентября 2018 г.-  выход на орбиту вокруг Марса (2).

·        Октябрь 2018 г. – стыковка с техническим модулем, начало исследовательского этапа экспедиции (2).

·        Примерно 1.5 года проводятся исследования с орбиты Марса. Высадка (3). Возможности для посадки на Марс рассмотрим дальше.

·        Март 2020 года завершение исследовательского этапа, подготовка к возвращению.

·        20 апреля 2020 г. – старт к Земле (4).

·        Перелет к Земле – 160 суток (оранжевая кривая)

·        Посадка – октябрь 2020 г. (5)

Общая продолжительность исследовательского этапа на орбите Марса 1 год и 6 месяцев.

Продолжительность экспедиции 2.5 – 2.7 года.

Однако перелеты могут быть совершены и за более длительный срок, например, за 250 суток, тогда соответственно уменьшится время работы на орбите Марса

Продолжительность экспедиции должна рассчитаться из выражения:

Тпол = Тс + 2×Тз, где  Тс = 780 суток (26 месяцев) или синодический период для Марса. И надо прибавить удвоенный интервал от момента старта до противостояния планет.

Если старт происходит за 90 дней до противостояния, то получим полную продолжительность 960 суток или 32 месяца, или 2 года и 8 месяцев.

Скорее всего, более точные расчеты для сценария пилотируемого этапа позволят сократить это срок на 1-2 месяца.

Данный вариант рассчитан при условии, что противостояние в 2018 г наступит 27 июля[5], а старт должен предшествовать противостоянию примерно на три месяца.  Однако сдвиг противостояния на несколько дней или недель приведет к сдвигу времени старта только лишь сдвинет сроки, но не изменит всей программы по сути.

Любопытно, что сокращение времени перелета мало влияет на общую длительность экспедиции. Для случая перелета по самой медленной траектории экспедиция продлится 972 суток против 964 суток для быстрой траектории.

Для посадки на Марс есть только два окна. Одно из них начинается вскоре после прилета на орбиту Марса. Но сразу после прилета высаживаться не рационально, так как следует провести детальное исследование и выбрать район посадки. Единственный более менее удобный момент может наступить через три месяца, когда уже можно успеть провести разведку.

Это может быть середина декабря 2018 года. Однако расстояние между Землей и Марсом в этот момент будет примерно 240 млн. км. Время прохождения сигнала в один конец достигнет почти 14 минут.

Если высадку запланировать на более поздний период, то условия для связи станут еще менее благоприятными, так как возрастет расстояние, да еще и между планетами будет располагаться Солнце.

Второе удобное окно откроется уже в конце экспедиции. В конце декабря 2019 г, за четыре месяца до старта домой расстояние будет 220 млн. км. В конце января 2020 г. за три месяца до старта домой расстояние между Марсом и Землей будет примерно таким же, как и первом случае (3-3, рис.4).

Дальше расстояние будет сокращаться. В момент старта к Земле расстояние между планетами составит 142 млн. км, с временем прохождения сигнала менее 8 минут (4-4. Рис.4).

Однако перед стартом домой трудно обеспечить надежную работу экипажа во время столь ответственной операции. Здесь может сработать эффект «чемоданного» настроения и общая усталость. Последний месяц будет занят подготовкой к обратному полету, поэтому март реально выпадет.

Возможно, посадку на Марс есть смысл планировать, начиная с конца ноября 2019 г. – конец февраля 2020 г. Например, перед Рождеством [6] (3-3 рис.4), хотя это и не самый оптимальный с точки зрения удобства телетрансляции период времени из-за сравнительно большого расстояния.

Во время экспедиции случится еще одно событие. Через 1 год и 53 дня (когда Земля пройдет 413°) после начала экспедиции наступит зона радиотени, когда между Землей и Марсом будет находиться Солнце.

Если предположить, что Солнце служит экраном диаметром от  ±2Rс  до ±10Rс то получим, что зона радиотени будет продолжаться от 4 до 20 суток.

В это период прямая связь с экспедицией либо будет вообще физически невозможна либо сильно затруднена из-за радио помех от Солнца.

Подобная ситуация повториться через 780 суток или через один синодический период обращения Марса. От момента начала экспедиции пройдет 1198 суток. Если экспедиция не останется на «зимовку», то зона радиотени будет только один раз за время экспедиции.

Поэтому вряд ли следует на случай кратковременной потери связи прилагать особые усилия. Возможно следует предусмотреть резервный канал связи через одну из автоматических станций видимую, как с Земли так и с Марса и которая так или иначе уже запущена с некой миссией в космос.

Например, к Венере.

За два года до начала основной экспедиции или весной 2016 года должен стартовать технический корабль, который прибудет к Марсу поздней осенью 2016 года, и до сентября 2018 года будет ожидать основную часть экспедиции.

Если в положенное окно старта с орбиты Марса по тем или иным причинам старт не может произойти, экипажу предстоит «зимовка» на орбите Марса. В качестве одной из мер безопасности будет подготовка к старту транспортного корабля-буксира.

В это момент есть возможность сразу отправить транспортный корабль-буксир по симметричной траектории подобной той, что двумя годами раньше летела экспедиция. На рис.4 взаимное положение планет в начале экспедиции 1-1 примерно такое же, как и в конце 4-4.

Спустя примерно 6 месяцев транспортный корабль достигнет орбиты Марса и экипаж получит техническую помощь. Дальнейшие действия экипажа уже зависят от конкретных энергетических возможностей буксира. В минимальном варианте им предстоит «зимовка» в течение еще 960 дней.

На этот случай им потребуются запасы, которые должны быть на борту первого технического корабля как НЗ.

Однако возможет и более быстрое возвращение, если корабль «нырнет» примерно до орбиты Венеры и таким образом догонит Землю по быстрому варианту, описанному выше.. Однако все подобные варианты должны быть проработаны заранее.

Из симметрии конфигураций следует и такая возможность как отправка в момент времени 4-4 корабля снабжения для следующей экспедиции, он прибудет спустя примерно полгода к Марсу, как раз когда экспедиция уже вернется на Землю. Но есть и возможность отправить следующую экспедицию в апреле 2020 г.

Получится, что одна экспедиция возвращается, а другая летит к Марсу. Где-то в середине пути корабли окажутся на минимальном расстоянии друг от друга. Гипотетически даже смогут пролететь один мимо другого. Пересечение оранжевой и синей кривой на рис.4. Хотя практически осуществить это будет сложно.

Да и зачем? Разве, чтобы помигать друг другу лазером и символически передать вахту?

Литература и сноски

. В англоязычной литературе такой вариант называется «conjuction» – соединение, потому, что Марс находится с Землей в соединении.

. В англоязычной литературе такой вариант называется «opposition» – противостояние, потому, что Марс находится с Землей в противостоянии.

. Наука и жизнь. http://www.nkj.ru/archive/articles/11014/

. В.И.Левантовский. Механика космического полета в элементарном изложении. М.: Наука 1980.

. Насколько мне сейчас известно противостояние должно состояться 2 июля 2018 г.

Источник: http://marsmeta.narod.ru/mars/condition.htm

Ссылка на основную публикацию