Международная группа исследователей под руководством ученых из Университета Халифы (Объединенные Арабские Эмираты) представила новый проект миссии по отправке космического аппарата к комете Галлея во время ее следующего сближения с Солнцем в 2061 году. В своей работе, опубликованной в препринте, авторы предлагают инновационную траекторию, которая использует силу притяжения Юпитера и Сатурна в сочетании с маломощными электрическими двигателями.
В 1986 году, когда комета Галлея в последний раз приближалась к Солнцу, за ней охотилась целая флотилия космических зондов. Однако все они лишь пролетали мимо на огромной скорости. Из-за того, что комета движется по своей орбите в противоположном направлении относительно большинства планет (так называемая ретроградная орбита), скорость сближения была очень большой, около 70-80 километров в секунду.
Ученые успели запечатлеть лишь одну сторону кометы, а время наблюдения внутри комы (облака газа и пыли) было ничтожно малым. Теперь, заранее готовясь к возвращению кометы Галлея в 2061 году, ученые хотят совершить качественный скачок: вместо мимолетной встречи они планируют настоящий рандеву — сближение на малой скорости, которое позволит задержаться рядом с кометой надолго, чтобы детально изучить ее поверхность, вращение и таинственную структуру.
Главной проблемой при планировании такого рандеву является большой расход топлива. Чтобы перестроить орбиту земного аппарата на обратную орбиту кометы Галлея, требуется изменить направление движения, что в классической ракетной технике стоит невероятно дорого. Однако авторы исследования нашли изящный способ обойти это ограничение. Они предлагают отправить зонд не прямым путем, а через своеобразные космические «пращи».
Сначала аппарат с помощью электрического двигателя разгоняется на пути к Юпитеру. Гравитационный маневр у этой планеты-гиганта выбрасывает зонд на сверхбыструю траекторию к Сатурну. Второй маневр у Сатурна уже служит для резкого изменения плоскости орбиты, он буквально «переворачивает» движение космического аппарата, направляя его точно навстречу комете. Такой двухступенчатый подход позволяет избежать самого затратного этапа — ручного разворота на 180 градусов с помощью двигателей.
Ключевое преимущество предложенной схемы заключается в ее технологической скромности. Для полета не требуются ядерные реакторы-гиганты или экспериментальные двигатели будущего. Силовой установкой служит стандартный стационарный плазменный двигатель мощностью всего 36 мН, который питается от обычных радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ), тех же, что уже десятилетиями работают в дальнем космосе, например, на аппаратах «Вояджер».
Авторы рассчитали, что стартовая масса зонда составит 1500-2000 килограммов, что является стандартной ношей для существующих тяжелых ракет-носителей. Такая прагматичность делает миссию реальной для финансирования и реализации в ближайшие десятилетия.
Ученые провели колоссальную вычислительную работу, перебирая тысячи вариантов дат старта и пролета планет. Оказалось, что «окна» для такой сложной траектории открываются редко. В ходе анализа выяснилось, что только старты в 2036 и 2037 годах обеспечивают необходимую геометрию расположения Юпитера и Сатурна, чтобы сэкономить топливо. В предложенной базовой модели (запуск в августе 2036 года) аппарат достигает кометы Галлея в сентябре 2060 года, на расстоянии около 4,5 астрономических единиц от Солнца. Это произойдет как раз перед тем, как комета войдет в максимально активную фазу (внутри орбиты Марса), что идеально для научных наблюдений.
Интересно, что в итоговом профиле полета маневры между Юпитером и Сатурном практически не требуют вмешательства двигателей, аппарат летит по баллистической кривой, используя лишь силу притяжения планет. Это значит, что основной запас топлива тратится только на начальном этапе от Земли до Юпитера и на финишной корректировке для точной «посадки» у цели. Итоговая сухая масса (полезная нагрузка и сама станция) при возвращении составит более тонны (от 916 до 1027 кг в зависимости от года запуска), что является отличным показателем для столь дальней и энергоемкой миссии.
В результате работы был доказан сам принцип осуществимости безопасного и длительного контакта с кометой Галлея в 2061 году без применения каких-либо фантастических технологий будущего. Предложенная траектория с двойным гравитационным маневром у Юпитера и Сатурна позволяет свести потребности в топливе к разумному минимуму, используя существующие ракеты и стандартные электрические двигатели. Это открывает перед планетологами уникальную возможность не просто мельком взглянуть на реликт Солнечной системы, а провести полноценное долговременное исследование его поверхности и активности, что приблизит нас к пониманию того, как кометы могли влиять на появление воды и органических соединений на ранней Земле.
Научная публикация:
Double Gravity-Assist Rendezvous Trajectory to Halley’s Comet Using Deep-Space Low Thrust, Roberto Flores et al, https://doi.org/10.48550/arXiv.2609.02189
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
