2019-09-16 00:23:01
为具有电力推进功能的航天器计算火星和水星的最佳轨迹

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RUDN大学数学家提出了一种用电推进计算航天器最佳轨迹的方法,其推力比化学推进器少数千倍,但它能够工作多年。这些电机最适合行星际任务。数学家用火星和水星计算了太空探测器的飞行参数。该论文发表在“宇宙研究”杂志上。

化学火箭发动机产生很大的推力,这使得大量的货物在轨道上停留几分钟。与此同时,消耗了大量的燃料。一旦航天器在外太空,就不需要大的推力,特别是对于可以飞往目的地多年的自动行星际站。

电力推进系统(EPS)更适合此类任务。电推进系统中的推进剂是电离气体,其在磁场中加速。由于推进剂的低消耗,EPS能够工作很长时间。

“由于EPS的推力水平低,它可以最有效地用于距离吸引物体(行星或大型卫星)足够大的距离,即在行星际飞行中,”数学家Alexey Ivanyukhin解释道。

据他介绍,在大型车身附近使用EPS的情况下,可用的射流加速度相对于重力加速度可以非常低 - 在10-5-10-4的水平。但是在行星际轨迹上,EPS的射流加速度水平并不比太阳的重力差,并且它们的比例可以是10-2-10-1。

Alexey Ivanyukhin提醒说,为了在世纪之交探索太阳系,EPS已被用作主要推进系统。第一个这样的宇宙飞船是深空1号(小行星和两颗彗星飞行),Smart-1(月球轨道插入),隼鸟号(从小行星Itokawa输送土壤样本),黎明(连续飞往小行星Vesta和Ceres) )。

RUDN大学的数学家已经解决了EPS的航天器轨迹优化问题。他们确定了最大可能有用的航天器质量和推进系统的最佳特性,最适合每个考虑的任务。

使用放大的航天器系统模型和反映当前技术水平的特定特征(例如,太阳能电池板质量与电功率的比率)来确定这些参数。

研究人员考虑了对火星和水星的任务。计算表明,具有EPS和具有指定特征的太空探测器将能够在2035年4月30日开始的350天内到达火星。向水星的转移大约需要3000天。

此外,数学家已经表明,对于一大类轨迹,有用航天器质量的最大值是在轨道上通过不断运转的发动机实现的,即,具有飞行所需的最小可能推力。

“这表明,与推进系统本身所需质量的增加相比,减少燃料成本的推力增加是无效的。这是由于太空探索的主要问题 - 缺乏紧凑和强大的能量消息来源,“Alexey Ivanyukhin解释道。

他和他的同事正计划继续朝着这个方向努力。

“例如,我们打算考虑对小行星进行任务以运送土壤或飞向月球。可以考虑更详细的EPS或太阳能电池板操作模型.EPS和航天器的开发人员对此类研究感兴趣,” Alexey Ivanyukhin总结道。

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