Помощь гравитации для пилотируемых путешествий

В общем, Gravity Assist не сокращает время, если только вы не уходите очень далеко. Например, Галилею понадобилось 6 лет, чтобы добраться до Юпитера после трех облетов: одного к Венере и двух к Земле. Для сравнения, «Новые горизонты» добрались туда чуть более чем за год, «Вояджер» — за 18 месяцев, а «Пионер» — за 2 года. Тем не менее, облет дает значительную экономию топлива.

Однако если вы уже собираетесь пройти через орбиту объекта, то облет может ускорить вас. Таким образом, «Вояджеры» движутся в космосе быстрее, чем когда-либо будут «Новые горизонты», из-за дополнительного пролета Сатурна, полученного «Вояджерами».

Чтобы добраться до Марса, не было бы никаких кандидатов на ускорение времени в пути, за исключением, возможно, Луны, поскольку Марс — самая легкая планета, до которой можно добраться с Земли. Облет Юпитера, вероятно, ускорит полет к Сатурну, если вы правильно его выстроите.

Гравитационный ассистент (или рогатка) — один из многих компромиссов в дизайне миссии. Вместо того, чтобы идти куда-то прямо, вы сначала идете куда-то еще и используете импульс планетарного тела, чтобы ускорить свое собственное движение, таким образом вписываясь в бюджет Дельта-V.

Итак, суть проблемы в том, что помощь гравитации требует времени. Для беспилотных миссий это приемлемо, поскольку авионика и научные приборы защищены и могут быть отключены, когда они не нужны.

Для пилотируемых миссий наличие неумолимой радиационной обстановки из-за солнечного ветра и галактических космических лучей означает, что вы должны сделать путешествие как можно короче. Мышечная деформация и потеря костной массы также являются угрозами, возникающими в условиях микрогравитации. Более того, если поездка короче, вам не нужно столько массы для жизнеобеспечения (кислород, еда, одежда, туалетная бумага). Таким образом, в целом, помощь гравитации не подходит для пилотируемых полетов.

Есть исключения :

• рогатки вокруг планет-гигантов (и их более тяжелых лун), когда вы хотите изучить луны,

• траектории свободного возврата (в случае неисправности вашего двигателя) и

• Варианты циклической орбиты Базза Олдрина (с усиленной гравитацией или без нее - это орбиты, которые возвращаются, скажем, к Марсу и Земле без особого расхода топлива) - что-то вроде вариации на тему «бесплатного возвращения».

От себя лично (и если вы спросите меня), я бы предпочел траекторию ускорения/замедления брахистохроны с постоянным ускорением 1g любому трюку, позволяющему одновременно решить проблемы с искусственной гравитацией и защитой от радиации.

Варианты хороших гравитационных ассистентов ограничены. Максимум, что можно получить, — это относительную скорость объекта, мимо которого он проходит. Орбитальная скорость Луны составляет всего 1 км/с. Объекты с малой массой также менее эффективны в использовании. Некоторые зонды, находящиеся близко к Земле, например, зонды STEREO, использовали Луну для гравитационной поддержки. Рассвет и Розеттаиспользовал Марс. Но Юпитер идеален со скоростью 13 км/с на орбите. Все шесть зондов, вышедших за пределы Юпитера, использовали его для помощи гравитации (не считая Розетты, которая временно находится немного за пределами орбиты Юпитера). И можно получить дополнительный толчок от Ио, которая вращается вокруг Юпитера со скоростью 17 км/с. Но это, конечно, было бы полезно только во второй половине путешествия к Сатурну, находящемуся на расстоянии 10 астрономических единиц. Тем не менее, пилотируемое путешествие так далеко — это очень футуристично. Сегодня вообще не существует планов по отправке людей за пределы Луны. Несколько необходимых технологий, таких как космическая ядерная энергетика и центробежная «гравитация», остаются совершенно неизученными и не обсуждаются.