Математик РУДН рассчитал оптимальную траекторию полета на Марс и Меркурий для зонда с электроракетным двигателем

Химические ракетные двигатели создают большую тягу, которая позволяет за считанные минуты вывести тонны груза на орбиту — при этом расходуется колоссальное количество топлива. После того, как аппарат оказался в космическом пространстве, большая тяга может быть не нужна, особенно для автоматических межпланетных станций, которые могут лететь к своей цели годы. Для таких миссий лучше подходит электрический ракетный двигатель (ЭРД), где рабочим телом выступают ионы газа, которые разгоняются в магнитном поле. В силу конструкции, ЭРД способен поддерживать малую тягу долго при малом расходе рабочего тела.

Математики РУДН решили задачу оптимизации для космического аппарата с ЭРД - определили максимально возможный полезный груз для заданных характеристик двигательной установки.  Они использовали параметры, близкие к характеристикам европейского спутника GOCE, который два года с высокой точностью измерял гравитационное поле Земли. Масса GOCE составляла примерно 1000 килограммов, из которых примерно 200 килограммов приходилось на долю двигательной установки, в которой 40 килограммов рабочего тела составил ксенон.

Математики РУДН решили эту задачу одновременно с оптимизацией траектории полета к Марсу и Меркурию. Расчеты показали, что зонд с ЭРД с заданными характеристиками сможет долететь до Марса за 350 дней при дате старта 30 апреля 2035 года. Полет на Меркурий займет около 3000 дней.

Кроме того, авторы показали, что для широкого класса траекторий аппарат долетит до цели быстрее всего, если поддерживать тягу ЭРД на одном уровне — минимальном. Это означает, что в будущем по таким траекториям можно отправлять автоматические зонды — в этом случае тягой аппарата не надо управлять, ее можно будет поддерживать на одном уровне.

Статья в журнале Cosmic Research