|
Можно ли зафиксировать зонд в точке лагранжа L2
|
|
|
|
Космический аппарат-обсерватория стоимостью в миллиарды долларов вращается вокруг Земли или на той же орбите, что и наша планета. Когда что-то изнашивается или выходит из строя, было бы неплохо иметь возможность починить эти аппараты "на месте". Пока что только космический телескоп Хаббла (HST) регулярно посещается для технического обслуживания.
|
|
|
|
Что, если бы мы могли поработать с другими телескопами "на орбите"? Такие "фиксированные" полеты к другим объектам являются предметом новой статьи НАСА, в которой исследуются оптимальные орбиты и траектории для обслуживания телескопов далеко за пределами Земли.
|
|
|
|
Некоторые из наиболее производительных орбитальных телескопов работают в точках лагранжа L1 и L2, соединяющих Солнце и Землю. В настоящее время эти позиции позволяют нам проводить невероятные научные исследования. Чего они не могут себе позволить, так это легкого доступа для ремонта и обслуживания. Это ограничивает ожидаемый срок службы таких объектов, как JWST, примерно 10-15 годами.
|
|
|
|
В будущем в точках Лагранжа будет развернуто больше миссий. К ним относятся римский телескоп Нэнси Грейс, миссии ЕКА PLATO и ARIEL, а также большой ультрафиолетовый оптико-инфракрасный телескоп Surveyor (LUVOIR).
|
|
|
|
Этим обсерваториям требуется топливо для двигателей ориентации, которое помогает им оставаться "на месте" во время наблюдений. Количество "газа", которое вы можете отправить с этими обсерваториями, ограничено. Кроме того, компоненты изнашиваются, как и в случае с HST.
|
|
|
Поэтому люди ищут способы продлить срок их службы за счет обслуживания космических аппаратов. Если удастся заменить неисправные компоненты и доставить топливо, срок службы этих обсерваторий может быть значительно увеличен, что даст астрономам больше возможностей для проведения наблюдений.
|
|
Планирование будущих миссий по обслуживанию космических аппаратов
|
|
|
|
Исследователи из Отдела спутникового обслуживания (SSCO) Центра космических полетов имени Годдарда (GSFC) изучили возможности обслуживания миссий к телескопам дальнего космоса. В недавно опубликованной статье в Acta Astronautica они уделяют особое внимание возможности дозаправки на орбите космических телескопов, вращающихся в системе Лагранжа 2 Солнце-Земля (SEL2).
|
|
|
|
Существует множество проблем. Во-первых, современные технологии запуска (на момент написания этой статьи) недостаточны для выполнения такого рода задач на таких расстояниях. Очевидно, что технологии должны совершенствоваться для обеспечения обслуживания посещений. Кроме того, важно помнить, что современные телескопы, такие как Gaia и JWST, не предназначены для такого доступа.
|
|
|
|
Однако будущие телескопы могут быть оснащены портами обслуживания и т.д. для обеспечения возможности обслуживания. Наконец, существуют проблемы, связанные с фактическим размещением обслуживающих миссий в обсерваториях.
|
|
|
|
Команда Годдарда сосредоточилась на этом последнем вопросе, разработав модели различных запусков и орбитальных решений для таких миссий. Они учитывали не только сами траектории запуска, но и динамику движения Солнца, Земли и точки Лагранжа, а также относительное расположение обсерваторий в SEL2.
|
|
|
|
Кроме того, команда учла стабильность обсерваторий во время и после сближения и стыковки. Все эти факторы учитываются при планировании того, можно ли запустить обслуживающий аппарат по разумной цене, чтобы продлить срок службы обсерватории настолько, чтобы усилия стоили потраченного времени и средств.
|
|
Запуск миссии по дозаправке космического корабля
|
|
|
|
Команда создала модели для теоретической миссии по заправке на орбите SEL2. Именно там, например, находятся JWST и Gaia, а также WMAP, Planck и другие. В статье рассматриваются роботизированные миссии по заправке на SEL2 для целей моделирования.
|
|
|
|
Однако для этого необходима оптимальная траектория полета космического робота к SEL2. Он должен быть способен осуществлять автономную навигацию к нужной точке в пространстве. Оказавшись в целевой обсерватории, робот-заправщик должен будет осторожно приблизиться к ней для выполнения маневров стыковки.
|
|
|
|
Это требует оценки на орбите движения объекта в пространстве относительно Солнца, а также его положения на орбите SEL2. Сама стыковка может повлиять на положение и движение обсерватории, и роботу также необходимо учитывать это. Идея состоит в том, чтобы сохранить обсерваторию в том же положении после стыковки.
|
|
|
|
Однако главный вопрос заключается в том, как нам доставить ее туда недорого, быстро и безопасно?
|
|
|
|
Команда Годдарда в первую очередь исследовала наилучшие и наиболее эффективные траектории для полета к SEL2. В частности, они рассмотрели наилучшие подходы к космическому аппарату Gaia, у которого в следующем году закончится топливо. Они также рассматривали JWST как возможную цель для такой миссии. Если бы такая миссия была возможна сегодня, эти обсерватории получили бы доступ ко Вселенной "наведи и снимай" на годы вперед.
|
|
Как туда добраться
|
|
|
|
В своей статье команда рассматривает два подхода к выполнению миссии по дозаправке SEL2. Один из них - прямой запуск с Земли, а другой - запуск космического аппарата с геостационарной передаточной орбиты (GTO). Они предположили, что целью миссии было максимально быстрое восстановление работы телескопа. Это определяет кратчайшую и безопасную траекторию, по которой космический аппарат сможет поддерживать постоянную тягу.
|
|
|
|
Команда Годдарда разработала подход "опережающего проектирования" для расчета передачи данных с низким энергопотреблением и малой тягой с орбиты вылета с Земли на космический телескоп, вращающийся вокруг точки SEL2. Затем они сделали то же самое для обслуживающего космического аппарата, вылетающего из точки в геостационарном пространстве.
|
|
|
|
По сути, будет работать либо отправление с Земли, либо отправление, ориентированное на GTO. Как только роботизированная обслуживающая миссия покинет околоземную орбиту, она отправится на малой тяге по спирали к SEL2. Оказавшись там, он совершает сближение с целью, отслеживает ее движение в пространстве, а затем "захватывает" ее для выполнения задачи по доставке.
|
|
|
|
Важно помнить, что запуск с Земли или GTO является частью нескольких решений для обслуживания миссий SEL2. В результате проведенного командой анализа был упрощен процесс создания возможных орбит и траекторий для таких операций.
|
|
|
|
Источник
|
