Путешествие к Урану в стиле Галилео. (2003 год)

 

 

Уран. Фото NASA

 

 

Четыре самых крупных и массивных спутника Юпитера — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Ио и Европа образуют пару примерно такого же размера, как и Ганимед и Каллисто. Ио имеет диаметр 3636 километров, в то время как Европа — самый маленький из четырех — 3138 километров в диаметре. Ганимед, самый большой спутник в Солнечной системе, 5262 километров. Каллисто, большой внешний спутник Юпитера, насчитывает 4810 километров в диаметре.

Наличие четырех крупных спутников позволило космическому аппарату Галилео провести комплексное исследование системы Юпитера в период с декабря 1995 года по сентябрь 2003 года. В течение 34 оборотов,  сделанных вокруг планеты-гиганта, Галилео использовал гравитационный маневр между четырех лун, для изменения своей орбиты без расхода топлива.

К примеру,  Сатурн и Нептун имеют  только по одному большому спутнику. Спутник Сатурна — Титан, второй по величине в Солнечной системе, 5152 километров в диаметре, в то время как спутник Нептуна — Тритон лишь 2706 километров в диаметре. Космический аппарат Кассини (Cassini), в настоящее время изучающий систему Сатурна, должен полагаться на Титан для проведения гравитационных маневров, а это значит, что Кассини больше приходится полагаться на ракетное топливо, чтобы изучить систему  Сатурна. Орбитальный аппарат Нептуна также может столкнуться с подобной проблемой.

Четыре самых крупных спутника Урана очень малы по сравнению с Ио, Европой, Ганимедом, Каллисто, Титаном, и Тритоном. Титания — самый большой спутник Урана — размером всего 1578 километров в диаметре. Остальные — Ариэль (1158 км), внутренний; Умбриэль (1169 километров); и Оберон (1522 км), внешний из четырех спутников. Титания вращается между Умбриэлем и Обероном. И хотя их часто называют маленькими и скучными, в действительности про эти спутники ничего не известно. Вояджер 2, единственный космический корабль, долетевший до Урана, смог отобразить спутники лишь на 40%, когда он пролетал через систему Урана в январе 1986 года. Кроме того, путешествие  Кассини к Сатурну показало, что даже небольшие спутники Солнечной системы могут быть удивительными: Энцелад, например, только 505 километров в диаметре, холодный и мертвый снаружи, настолько горячий внутри, что пускает струи соленой воды в космос из параллельных трещин («тигровые полосы») на его южном полюсе со скоростью более чем 2000 километров в час.

В статье, опубликованной в Journal of Spacecraft and Rockets незадолго до того как Галилео (Galileo) завершил свое турне, Эндрю  Хитон (Andrew Heaton) из центра космических полетов НАСА и Джеймс Лонгуски (James Longuski) из университета Пердью показали, что система Урана может поддержать  тур в стиле Галилео. Это было, как они признали, «вопреки здравому смыслу. . . поскольку спутники Урана гораздо менее массивны, чем спутники Юпитера.» Они объяснили, что совершить такое же путешествие как Галилео было бы возможно, из-за того, что «ключевым моментов в совершении гравитационного маневра является не размер спутника, а  соотношение его массы к массе планеты, и соотношения масс Урана и его спутников пропорционально  соотношению масс Юпитера и его спутников».  Титания и Оберон образуют большой  эквивалент пары Ганимед и Каллисто, отмечают они, в то время как Ариэль и Умбриэль являются небольшим  эквивалентом паре Ио и Европа. «Спутниковая система Урана представляет собой  уменьшенную копию системы Юпитера», написали в статье Хитон и Лонгуски.

Луны Урана: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania и Oberon.

Они также описали трехфазный, 811-дневный тур  по системе Урана. После запуска с Земли в марте 2008 года, с использованием гравитационных сил Юпитера в сентябре 2009 года, космический корабль, направленный к Урану запустит главный двигатель ракеты, чтобы попасть на эллиптическую орбиту Урана 14 февраля 2014 года (На самом деле миссия планируется позже, данный материал статьи был опубликован в 2003 году). Это обозначит начало первой фазы тура, которая будет посвящена орбитальному наклону экватора Урана, системе колец и спутникам.

Уран отклоняется в сторону по отношению к другим планетам Солнечной системы, и его спутники имеют экваториальные орбиты. Хитон и Лонгуски считают, что система Урана встанет ребром к Солнцу в 2007 году, а затем будет постепенно наклоняться, пока планета и ее спутники  не укажут северными полюсами на Солнце в 2028 году. Когда аппарат достигнет планеты в 2018 году, система Урана будет наклонена  на 13,6 ° по отношению к Солнцу. Космический корабль сперва пройдет около Титании в мае 2019 на расстоянии 316 километров, позволяя силе притяжения спутника «прокрутить» аппарат на плоскости его орбиты. Корабль совершит в общей сложности девять подобных облетов Титании в течение 261 дня, что позволит аппарату находиться в той же плоскости, что и экватор Урана и его спутники.

Вторая фаза, фаза сокращения энергии, позволит космическому кораблю уменьшить размер орбиты, таким образом, сокращая орбитальный период, на время проведения тщательного исследования четырех крупнейших лун Урана. Фаза начнется во время прохождения 414-километра около Оберона (Oberon) через 287 дней после того, как космический корабль встанет на орбиту Урана, и будет продолжаться в течение восьми оборотов вокруг Ариэля, пяти вокруг Умбриэля, трех вокруг  Титании, и еще четырех оборотов вокруг Оберона в течение следующих 395 дней. Ближайший облет системы будет происходить на этом этапе, космический аппарат будет проходить в  54 километрах над ледяным ландшафтом  Умбриэля в начале 14-го оборота вокруг Урана.

Хитон и Лонгуски не включили спутник Миранда в список близких полетов, поскольку он вращается близко к Урану, а диаметр его всего 480 километров. Близость к Урану и малая масса означает, что Миранда вряд ли будет полезна при совершении гравитационного маневра (не сможет поспособствовать формированию орбиты для космического аппарата). Миранда имеет наиболее интересный рисунок поверхности из всех спутников Урана — например, Verona Rupes, пятикилометровый уступ, который начинается на границе той области, что видна Вояджеру 2. Предположительно, космический аппарат пройдет достаточно близко к Миранде.

Третья фаза тура начнется на 691 дне после прибытия на Уран во время пролета  151-километра Умбриэль. Целью третьего этапа является ввод корабля на орбиту Ариэля. После трех дополнительных оборотов вокруг  Умбриэля и четырех вокруг  Титании в течение 120 дней, корабль будет  почти совпадать с орбитой Ариэля (будет так же вращаться, почти, как и Ариэль вокруг Урана), снижая скорость по отношению к цели на чуть менее чем один километр в секунду. Космический корабль  использует свой ракетный двигатель, чтобы попасть на орбиту около Ариэля.

 

Uranus probe

 

Uranus orbiter and probe — миссия по изучению Урана, его атмосферы, колец и спутников, частью которой является орбитальный аппарат и атмосферный зонд, рекомендованная НАСА в рамках Planetary Science Decadal Survey 2013—2022. Она является для американского агентства третьим приоритетным проектом после исследования Марса и EJSM. Подготовку миссии к планете будут осуществлять 168 учёных из Европы и США. Руководитель проекта Крис Арриддж, специалист из лаборатории космических исследований Мюлларда при университетском колледже Лондона. Предпочтительным двигателем для такой миссии является ЭРД, что позволит увеличить массу аппарата по сравнению с аналогичной в случае использования химических РД. Запуск миссии планируется в 2020—2023 годах. Время в пути до Урана с солнечной ЭРД будет 13 лет, с одним гравитационным манёвром у Земли, со стартовым окном 21 день каждый год. (с) Википедия.

 

Перевод: Кот А.

Специально для группы «Астрономия»

Оригинальная статья: “Feasibility of a Galileo-Style Tour of the Uranian Satellites,” A. Heaton and J. Longuski, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 40, No. 4, July-August 2003, pp. 591-596.



Читайте также:


Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Instagram