Межпланетный бильярд
За последнюю неделю сразу две межпланетные станции совершили гравитационные маневры: эти удивительные по точности операции в дальнем космосе позволяют сделать то, на что пока не способны ракеты. 25 февраля европейская станция «Розетта» (на фото) прошла в 250 км от поверхности Марса. Тяготение планеты так изменило траекторию станции, что уже в ноябре она вернется к Земле, но не для посадки, а для следующего гравитационного маневра. После еще одной встречи с Землей, в ноябре 2009 года, станция наконец ляжет на орбиту, которая в 2014 году приведет ее к комете Чурюмова – Герасименко. Раньше исследования комет велись с пролетной траектории. «Розетта» должна выйти на орбиту вокруг кометного ядра, а также сбросить на него спускаемый аппарат массой 100 кг. При такой программе станция должна встретиться с кометой на небольшой скорости, двигаясь по близкой орбите.
Но даже у самой мощной европейской ракеты «Ариан-5» не хватило бы сил сразу вывести трехтонную станцию на кометную орбиту. Дело в том, что эта орбита наклонена к земной примерно на 7 градусов, а коррекция наклонения – самый дорогой космический маневр. По затратам топлива каждый градус наклона эквивалентен разгону на 0,5 км/с. В космонавтике все определяет скорость: околоземная орбита – 8 км/с, полет к Луне – 10, к Марсу – 12. Для полета к комете Чурюмова – Герасименко хватило бы начальной скорости 14 км/с, если бы не наклон орбиты. Для исправления наклона орбиты нужны еще 3,5 км/с, однако скорости в 17,5 км/с «Ариан» развить уже не может.
Гравитационный маневр позволяет преодолеть это ограничение. Проходя вблизи планеты, станция под действием ее тяготения совершает поворот и может изменить плоскость своей орбиты. А также, нагоняя планету по орбите, изрядно нарастить собственную скорость. В плане полета «Розетты» целых четыре гравитационных маневра: Земля – Марс – Земля – Земля. Это позволило обойтись на старте скоростью чуть больше второй космической (11,2 км/с), а значит, сэкономить топливо и нарастить массу станции.
Исполнение таких маневров требует фантастической точности космической навигации. Ошибка всего в несколько километров на расстоянии в сотни миллионов может погубить всю миссию. Представьте себе бильярдиста, который аккуратно кладет шар в лузу после того, как тот столкнулся с четырьмя другими шарами, разбросанными по полю. Причем игра идет на столе длиной в километр, а шары, за которыми вы следите в подзорную трубу, во время удара сами движутся по определенным законам. Невозможно? А между тем именно с такой точностью выполняется сейчас навигация в дальнем космосе. Даже, наверное, на порядок точнее. Впрочем, у астронавигаторов есть в запасе немного топлива, чтобы двумя маневрами слегка скорректировать орбиту. Так что, быть может, аналогия с керлингом покажется кому-то более подходящей, чем с бильярдом.
Другой пример гравитационного маневра дает зонд NASA «Новые горизонты», направляющийся к Плутону. 28 февраля он достиг Юпитера после 13 месяцев полета – новый рекорд трассы. Прежний – 18 месяцев – был установлен в 1979 году «Вояджером-1». Но даже такой скорости недостаточно, чтобы прибыть к Плутону вовремя. Он постепенно удаляется от Солнца, и вот-вот на нем начнет замерзать атмосфера. Благодаря мощному притяжению Юпитера полет займет всего 9,5 лет. «Вояджеру-1» на это понадобилось более 12 лет.
Сообщения о маневрах межпланетных станций уже никого не удивляют. Между тем такие маневры – порой единственный способ добраться до некоторых интересных объектов в дальнем космосе.