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    Il ricercatore calcola le traiettorie ottimali verso Marte e Mercurio per un veicolo spaziale con propulsione elettrica

    Credito:Università RUDN

    Il matematico dell'Università RUDN ha proposto un metodo per calcolare la traiettoria ottimale di veicoli spaziali a propulsione elettrica, la cui spinta è mille volte inferiore a quella chimica, ma è in grado di funzionare per anni. Questi motori sono più adatti per le missioni interplanetarie. I matematici hanno calcolato i parametri di volo della sonda spaziale con tale motore su Marte e Mercurio. Il documento è pubblicato sulla rivista Ricerca Cosmica .

    I motori a razzo chimici creano una grande spinta, che permette di portare in orbita tonnellate di merci per pochi minuti. Allo stesso tempo, viene consumata una quantità enorme di carburante. Una volta che l'astronave è nello spazio esterno, una grande spinta diventa inutile, soprattutto per le stazioni interplanetarie automatiche che possono volare a destinazione per anni.

    Un sistema di propulsione elettrica (EPS) è più adatto per tali missioni. Il propellente in un sistema di propulsione elettrica è gas ionizzato, che viene accelerato in un campo magnetico. A causa del basso consumo di propellente, l'EPS è in grado di funzionare per molto tempo.

    "A causa dei bassi livelli di spinta dell'EPS, può essere utilizzato in modo più efficace solo a distanze sufficientemente grandi dagli oggetti di attrazione (pianeti o lune massicce), cioè., nei voli interplanetari, " spiega il matematico Alexey Ivanyukhin.

    Secondo lui, nel caso di utilizzo di EPS in prossimità di un corpo massiccio, l'accelerazione del getto disponibile può essere estremamente bassa rispetto all'accelerazione gravitazionale, al livello di 10 −5 -10 −4 . Ma sulle traiettorie interplanetarie, il livello di accelerazione del getto dell'EPS non è molto inferiore alla gravità del sole, e il loro rapporto può essere 10 -2 -10 −1 .

    Alexey Ivanyukhin ha ricordato che per l'esplorazione del sistema solare a cavallo del secolo l'EPS è stato utilizzato come sistema di propulsione primario. I primi di questi veicoli spaziali furono Deep Space 1 (un asteroide e due comete sorvolate), Smart-1 (inserimento nell'orbita lunare), Hayabusa (consegna di campioni di suolo dall'asteroide Itokawa), Alba (volo consecutivo verso gli asteroidi Vesta e Cerere).

    I matematici della RUDN University hanno risolto il problema dell'ottimizzazione della traiettoria per i veicoli spaziali con l'EPS. Hanno determinato la massima massa utile possibile del veicolo spaziale e le caratteristiche ottimali del sistema di propulsione, il più adatto per ciascuna delle missioni considerate.

    Un modello ingrandito di sistemi di veicoli spaziali e caratteristiche specifiche che riflettono l'attuale livello di tecnologia (ad esempio, il rapporto tra la massa del pannello solare e la potenza elettrica) sono stati utilizzati per determinare questi parametri.

    I ricercatori hanno preso in considerazione missioni su Marte e Mercurio. I calcoli hanno dimostrato che la sonda spaziale con EPS e con le caratteristiche specificate sarà in grado di raggiungere Marte in 350 giorni alla data di inizio del 30 aprile, 2035. Il trasferimento a Mercurio richiederà circa 3000 giorni.

    Oltretutto, i matematici hanno dimostrato che per un'ampia classe di traiettorie, il valore massimo della massa utile del veicolo spaziale si ottiene sulla traiettoria con il motore costantemente acceso, questo è, con la minima spinta possibile necessaria per il volo.

    "Questo suggerisce che l'aumento della spinta, che ridurrà i costi del carburante, è inefficace rispetto all'aumento della massa richiesta del sistema di propulsione stesso. Ciò è dovuto al problema principale dell'esplorazione spaziale:la mancanza di fonti energetiche compatte e potenti, " spiega Alexey Ivanyukhin.

    Lui ei suoi colleghi stanno pianificando di continuare la ricerca in questa direzione.

    "Per esempio, intendiamo prendere in considerazione missioni su asteroidi per consegnare suolo o voli sulla luna. È possibile considerare un modello di funzionamento più dettagliato dell'EPS o dei pannelli solari. Gli sviluppatori di EPS e veicoli spaziali sono interessati a tali studi, " Conclude Alexey Ivanyukhin.


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