Расширение возможных областей посадки на поверхности Венеры с использованием гравитационного маневра

Аннотация

В рамках проекта "Венера-Д" рассмотрена задача баллистического проектирования траектории перелета космического аппарата, обеспечивающей посадку спускаемого аппарата в заданную область поверхности Венеры. При стандартном подходе к выбору окна старта, наличии ограничений на значение угла входа спускаемого модуля в атмосферу и на максимально допустимую в процессе его спуска перегрузку значительная часть поверхности планеты оказывается недоступной для посадки. Простейшим способом расширения области посадки может быть увеличение окна старта за счет умеренного уменьшения массы полезной нагрузки. Однако возможности такого расширения существенно ограничены требуемыми затратами характеристической скорости. Предложен новый подход, позволяющий обеспечить посадку спускаемого модуля в любую точку поверхности Венеры. Подход основан на использовании гравитационного поля планеты для перевода космического аппарата на гелиоцентрическую орбиту, резонансную в соотношении 1:1 с орбитой Венеры, и последующего его возвращения в исходное положение через один венерианский год, когда доступной для посадки окажется уже другая часть поверхности Венеры. Показано, что применение нового подхода позволит обеспечить радикальное расширение достижимых областей посадки, а также доступ к любой точке на поверхности Венеры за счет увеличения продолжительности перелета и небольшого увеличения затрат характеристической скорости

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Назиров Р.Р., Эйсмонт Н.А., Зубко В.А. и др. Расширение возможных областей посадки на поверхности Венеры с использованием гравитационного маневра. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 2 (141), c. 20--42. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-2-20-42

Литература

[1] Засова Л.В. Исследование Венеры космическими миссиями: от "Венеры-4" к "Венере-Д". К 80-летию со дня рождения академика М.Я. Марова. Механика, управление и информатика, 2015, т. 7, № 3, с. 102--116.

[2] Засова Л.В. Из истории миссии "Венера-экспресс". Механика, управление и информатика, 2014, т. 6, № 4, с. 186--187.

[3] Neugebauer M., Snyder C.W. Mariner 2 observations of the solar wind: 1. Average properties. J. Geophys. Res., 1966, vol. 71, no. 19, pp. 4469--4484. DOI: https://doi.org/10.1029/JZ071i019p04469

[4] Титов Д.В., Закутняя О.В. "Венера-экспресс": основные итоги первого этапа миссии. Земля и Вселенная, 2009, № 6, с. 26--40.

[5] Zasova L.V., Gorinov D.A., Eismont N.A., et al. Venera-D: a design of an automatic space station for Venus exploration. Sol. Syst. Res., 2019, vol. 53, no. 7, pp. 506--510. DOI: https://doi.org/10.1134/S0038094619070244

[6] Эйсмонт Н.А., Засова Л.В., Симонов А.В. и др. Сценарий и траектория миссии "Венера-Д". Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2018, № 4, с. 11--18.

[7] Kovalenko I.D., Eismont N.A., Limaye S.S., et al. Micro-spacecraft in Sun-Venus Lagrange point orbit for the Venera-D mission. Adv. Sp. Res., 2020, vol. 66, no. 1, pp. 21--28. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.10.027

[8] Эйсмонт Н.А., Корянов В.В., Федяев К.С. и др. Возможность расширения достижимых областей посадки в рамках проекта "Венера-Д" путем выбора окон старта. Инженерный журнал: наука и инновации, 2020, № 4. DOI: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2020-4-1975

[9] Eismont N.A., Koryanov V.V., Fedyaev K.S., et al. On the possibility of expanding the landing areas within the Venera-D project by selecting launch Windows. AIP Conf. Proc., 2021, vol. 2318, no. 1, art. 110012. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0037426

[10] Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Киселева И.П. и др. Баллистическое проектирование полетов к Венере в эпоху 2021--2028 гг. Области достижимости при посадке. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2018, № 76. DOI: http://doi.org/10.20948/prepr-2018-76

[11] Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Корянов В.В. и др. Синтез последовательности гравитационных маневров КА для достижения орбит с высоким наклонением к эклиптике. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2016, № 43. DOI: https://doi.org/10.20948/prepr-2016-43

[12] Боровин Г.К., Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В. и др. Полeты в системе Юпитера с использованием гравитационных маневров около галилеевых спутников. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2013, № 72.

[13] Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Корянов В.В. и др. Методика формирования больших наклонений орбиты КА с использованием гравитационных маневров. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2015, № 64.

[14] Strange N., Russell R., Buffington B. Mapping the V-infinity globe. Adv. Astronaut. Sc., 2008, vol. 129, art. AAS 07-277.

[15] Uphoff C., Roberts P.H., Friedman L.D. Orbit design concepts for Jupiter orbiter missions. J. Spacecr. Rockets, 1976, vol. 13, no. 6, pp. 348--355. DOI: https://doi.org/10.2514/3.57096

[16] Prado A.F.B.A. A study of the effects of the forces in the ballistic capture by the major primary. Adv. Space Res., 2007, vol. 40, no. 1, pp. 96--101. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.03.037

[17] Суханов А.А. Универсальное решение задачи Ламберта. Космические исследования, 1988, т. 26, № 4, с. 483--491.

[18] Тучин А.Г., ред. Баллистико-навигационное обеспечение полетов автоматических космических аппаратов к телам Солнечной системы. Химки, НПО Лавочкина, 2018.

[19] Hintz G.R. Fundamentals of astrodynamics. In: Orbital mechanics and astrodynamics. New York, Springer, 2015, pp. 1--21.

[20] Battin R.H. An introduction to the mathematics and methods of astrodynamics. Washington, AIAA, 1999.

[21] Мишин В.П., ред. Механика космического полета. М., Машиностроение, 1989.

[22] Petropoulos B. Physical parameters of the atmosphere of Venus. Earth Moon Planet., 1988, vol. 42, no. 1, pp. 29--40. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00118037

[23] Эйсмонт Н.А., Назиров Р.Р., Федяев К.С. и др. Резонансные орбиты в задаче расширения достижимых областей посадки на поверхности Венеры. Письма в Астрономический журнал, 2021, т. 47, № 5, с. 352--367. DOI: https://doi.org/10.31857/S0320010821050041

[24] Eismont N.A., Zubko V.A., Belyaev A.A., et al. Gravity assists maneuver in the problem of extension accessible landing areas on the Venus surface. Open Astron., 2021, vol. 30, no. 1, pp. 103--109. DOI: https://doi.org/10.1515/astro-2021-0013