Исследование небольших астероидов вблизи с помощью роботизированных зондов кажется привлекательной миссией ближайшего будущего. Один из вариантов — это пробная миссия по возвращению, которая направляется к одному большому телу, другой — это миссия, в которой с течением времени посещается несколько меньших тел. В любом случае нужно приземлиться, затем снова запустить и, в конце концов, вернуться на Землю с образцами, возможно, даже с пробуренными образцами керна. Возможно, можно было бы провести небольшие раскопки или провести сейсмические испытания, чтобы увидеть, каково это на самом деле — работать на поверхности астероида.
Рассвет посетил Весту и Цереру с помощью ионных двигателей. Насколько большим телом может быть зонд, похожий на «Рассвет» — с тремя ионными двигателями NSTAR , таким же количеством ксенонового топлива и такой же массой — приземлиться и вернуться из пояса астероидов?
В качестве альтернативы, сколько меньших тел может посетить такой корабль, исследовать их поверхность, а затем вернуться? (Я полагаю, что это сильно зависит от того, как тела разнесены, а также от их относительных скоростей и орбит, но, возможно, можно сделать справедливую оценку того, какими они могут быть.)
Отчасти мне любопытно, для каких приложений могут использоваться ионные двигатели, отчасти каждый раз, когда я обдумываю примеры орбитальной механики и движения в космосе, я понимаю это немного лучше. (Потому что до сих пор жизнь не позволяла мне найти время, чтобы научиться работать с формулами самостоятельно.)
(Примечание: OSIRIS-REx собирается использовать гидразиновые двигатели, чтобы добраться до астероида Бенну, сближающегося с Землей, и доставить образец на Землю . миллиграмм или около того из Итокавы)
Вот как вы можете решить это.
Во-первых, тяга в килоньютонах (кН), деленная на массу в метрических тоннах, дает ускорение в метрах в секунду в секунду. Разделите на 10, чтобы получить ускорение в приблизительной гравитации на поверхности Земли (9,81 — реальный коэффициент).
Dawn использует свои подруливающие устройства только по одному (они не направлены в одном направлении), и одно подруливающее устройство NSTAR дает тягу 90 миллиньютонов , т.е. 0,00009 кН. Dawn весил 1,24 тонны при полной загрузке; 0,425 тонны из них - ксеноновое топливо, поэтому, когда он почти пустой, его масса составляет около 0,8 тонны. 0,00009, деленное на 0,8, дает примерно 0,00011 м/с 2 ускорения, что совсем немного.
При приземлении вам нужно несколько большее ускорение от двигателей, чем гравитация, с которой вы боретесь, иначе вы вообще не замедлитесь. Коэффициента 1,5 вполне достаточно; чем больше у вас запас тяги, тем меньше топлива вы потратите на спуск.
Церера имеет значительную поверхностную гравитацию - 0,29 м/с 2 - так что посадка там, очевидно, невозможна примерно в 4000 раз.
Даже комета 67P/Чурюмова-Герасименко, известная как Rosetta/Philae, имеет поверхностную гравитацию около 0,001 м/с 2 , что в 15 раз больше для безопасной посадки (хотя это можно было бы сделать с помощью складного шасси или аналогичной техники лит-торможения).
Для тел с одинаковой плотностью гравитация на поверхности пропорциональна радиусу, поэтому нам нужно тело размером примерно 1/15 размера 67P или пару сотен метров в поперечнике.
Однако у Dawn также есть химические двигатели, примерно в десять раз более мощные, чем ионные двигатели, которые он может использовать для посадки; с ними тело около одного километра в поперечнике, вероятно, можно было бы приземлить.
ким держатель