Лаборатория космических исследований

Ульяновская секция Поволжского отделения Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского

Ульяновский Государственный Университет
Второй гравитационный маневр космического зонда Паркер на пути к Солнцу

 

 

 

   Космический зонд Паркер, чтобы приблизиться к Солнцу, должен тормозить, при этом его скорость относительно Солнца увеличивается.  

     Это не ошибка, а физический парадокс.

 

 

 

 

                                                       Рис. 1

   Парадокс заключается в том, что в результате гравитационного  маневра торможения в поле тяготения планеты  космический аппарат спускается на более близкую к Солнцу орбиту, на которой его скорость увеличивается за счет  ускорения к Солнцу. 
   При подготовке полета нового космического аппарата к Солнцу после продолжительных дебатов был принят проект орбиты солнечного зонда, предложенный  Яньпин Го (США). Космический аппарат падает на Солнце с большим ускрением, а  торможение позволяет продлить время приближения к Солнцу. 
   Такой маневр запланировано произвести вблизи Венеры 7 раз.  Это даст возможность Космическому Зонду Паркер (КЗП) 24 раза облететь вокруг Солнца по спирали, подойдя на последнем витке в 10 раз ближе Меркурия, и проводить наблюдения в глубоких слоях короны в течение 900 часов. 
 
 
                                                     Рис. 2
 
   Перед Новым, 2020 годом, 26 декабря, произведен 2-й маневр у Венеры. КЗП вошел в “сферу стыковки межпланетных траекторий” относительно Солнца и Венеры  со скоростью, равной разности орбитальных скоростей КЗП (V) и планеты.
 
 
                                                                    Рис. 3
 
    В зависимости от скорости входа и расстояния от Венеры КЗП мог упасть на Венеру или облететь ее по круговой, параболической или одной из эллиптических орбит. Но расчет был таков, чтобы под действием притяжения Венеры КЗП описал необходимую, одну из множества возможных,гиперболическую орбиту. 
   Приближаясь к Венере по одной из ветвей гиперболы и ускоряясь в ее поле тяготения, КЗП достиг наибольшей скорости в ближайшей к Венере точке, но, пройдя ее, стал двигаться по второй ветви гиперболы с замедлением. Он вышел из  “сферы стыковки межплаетных траекторий” с той же скоростью по величине, с которой вошел в нее, но почти в обратном направлеии.
    В результате скорость космического летательного аппарата КЗП относительно Солнца уменьшилась и измениась по направлению (V’). 
 
                                                                       Рис. 4
 
   Существует важное условие для такого маневра: КЗП должен  попасть в точку пересечения  орбит перед Венерой. Этим условием определяется положение гиперболической орбиты в поле тяготения Венеры. КЗП же может пересекать орбиту Венеры как на пути к перигелию своей орбиты, так и после его прохождения. Так как Венера в это время может находиться в любой точке своей орбиты, надо точно рассчитать время и место встречи с КЗП. Очень точных расчетов требует величина и направление скорости входа в  “сферу стыковки межпланетых траекторий” и дальнейшая скорость КЗП на орбите относительно Солнца, ведь эти параметры определяют  следующие гравитационные маневры и орбиту КЗП.
 
 
                                                            Рис. 5
 
   «Команда Parker Solar Probe периодически измеряет точную скорость и положение космического аппарата, используя сеть дальней космической связи НАСА (DSN). DSN посылает сигнал космическому кораблю, который затем ретранслирует его обратно антеннам, позволяя команде определить скорость и положение аппарата на основе времени прихода и характеристик сигнала.»
   Затормозившись, космический зонд Паркер продолжает ускоренно падать на Солнце. Составляющая ускорения вдоль орбиты увеличивает его орбитальную скорость. Таким образом, в результате 2-го гравитационного маневра 29 декабря КЗП приблизился в перигелии своей орбиты к фотосфере Солнца на  расстояние 18.7 млн. км, а его скорость увеличилась до 109 км/сек, что почти в 10 раз больше 2-й космической скорости для Земли.
   Кстати, увеличение скорости КЗП при близких пролетах вокруг Солнца многими журналистами подается как большое достижение, однако  ученые этому не рады: более медленное прохождение позволило бы дольше проводить наблюдения, но величина скорости определяется  массой Солнца и расстоянием до него.
 

На рис.4, восроизведённым автором данного сообщения из первоначального источника, была ДОПУЩЕНА ПЕРВОНАЧАЛЬНЫМИ АВТОРАМИ данного сообщения досадная ПАРА МЕТОДИЧЕСКИХ ОШИБОК В ТРЕУГОЛЬНИКАХ СЛОЖЕНИЯ ВЕКТОРОВ СКОРОСТЕЙ  (ниже добавлен исправленный вид рис.4 ), а пока попробуйте сами применить нажеследующее правило и  найти ошибки на рис.4 из первоисточника:

Предлагаю читателям весьма простое правило для определения НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ внешнего космического тела (в данном случае КЗП)  ПРИ ПЕРЕСЕЧЕННИ телом ГРАНИЦЫ "Сферы переключения межпланетных траекторий" как НА МОМЕНТ ВХОДА В  "СФЕРУ", так и на МОМЕНТ ЕЁ ПОКИДАНИЯ телом:  правило треугольников скоростей на границе "Сферы переключения межпланетных траекторий" планеты:

      НА ВХОДЕ  в сферу планеты с применением  треугольника скоростей,  ПРИБАВЛЯЕМ К ВЕКТОРУ ВХОДНОЙ "СОЛНЕЧНОЙ" СКОРОСТИ  тела (КЗП)   ОБРАТНЫЙ  (противоположно направленный)  ВЕКТОР ОРБИТАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ПЛАНЕТЫ, получая при этом НОВЫЙ НАЧАЛЬНЫЙ ВЕКТОР СКОРОСТИ ВХОДА тела ОТНОСИТЕЛЬНО планеты (уже в "планетной" системе кординат),  А НА ВЫХОДЕ из сферы через "выходной" треугольник скоростей,  ПРИБАВЛЯЕМ К ВЕКТОРУ "ПЛАНЕТНОЙ" СКОРОСТИ ТЕЛА     ВЕКТОР ОРБИТАЛЬНОЙ (теперь уже "ПЕРЕНОСНОЙ") СКОРОСТИ ПЛАНЕТЫ и получаем при этом НАЧАЛЬНЫЙ ВЕКТОР СКОРОСТИ тела  уже в "СОЛНЕЧНОЙ" СИСТЕМЕ на момент покидания телом сферы планеты.

 

Геннадий  27.01.2020 6ч42мин Время моск.

   После первого комментария от 27.01.2020г. с исправленными треугольниками скоростей на входе и  выходе из «сферы» прочитал повнимательнее статью и решил поделиться своими соображениями с читателями о хитроумной  космической динамике траекторий зонда «Паркер", миссия которого состоит в изучении излучений от Солнца на рекордно близком растоянии от Солнца в перигелии его орбиты, начиная с ~27 млн.км до  ~7 млн.км к концу его миссии, за счёт совершения 24 оборотов вокруг Солнца по вытянутой эллитической орбите (с финальным афелием орбиты зонда  ~109млн.км, превышающим орбиту Венеры на на 1-2 млн млн.км ) на протяжении ближайших, предусмосмотренных программой полёта,  5,6 лет по овремени его основной миссии.

  Заметил, что сам рис.4  НЕ СООТВЕСТВУЕТ реальному соотношению скоростей  Космического Зонда «Паркер» (КЗП) и орбитальной скорости Венеры, равной 35,02 км/сек. Ведь на рис.4 скорость зонда изображена немного более высокой, чем скорость у Венеры, а на самом деле, как показали нижеследующие расчёты, скорость зонда ниже скорости Венеры на 40%.

     Для проверки реального значения скорости зонда "Пракер" в статье есть необходимые данные о скорости и расстоянии в перигелии зонда , приведенные в предпоследнем абзаце статьи: 

     «Таким образом, в результате 2-го гравитационного маневра 29 декабря КЗП приблизился в перигелии своей орбиты к фотосфере Солнца на  расстояние 18.7 млн. км, а его скорость увеличилась до 109 км/сек, что почти в 10 раз больше 2-й космической скорости для Земли.»

   Для этого воспользуемся известными соотношениями (см. книгу А.Рой «Движение по орбитам», издательство «МИР», Москва, 1981г. стр.96):

   V2  =   G*(Mсолнца +Mкзп) * ( 2 / r  - 1 / a) ;                                                                   ...(4.36)

где:            G =  (6,6726±0,0005)*10-11  H * м2 * кг-2;   -  гравитационная постоянная в законе притяжения;                                                                     

           Mсолнца=1,98885*1030 [кг];  Mкзп – масса КЗП, которую  на фоне громады массы Солнца вообще бессмысленно рассматривать;

r – расстояние от зонда до ближайшего фокуса орбиты, в котором расположено Солнце в [м];

a – величина большой полуоси эллиптической орбиты зонда в [м];

 

Преобразуем выр. 4.36 для определения большой полуоси эллипса (a) траектории зонда с подстановкой вышеприведенных значений из статьи:

        r в перигелии зонда  = 18.7 млн.км   и     V в перигелии зонда = 109 км/сек;

 

aG*(Mсолнца +Mкзп)  *  r  /  (2*  G*(Mсолнца +Mкзп)  – r * V2 ) ;

a = 6,6726*10-11  *1 ,98885*1030   * 18.7*109 / (2 *1 ,98885*1030  - 18,7*109 * (1,09*1011) 2 ) = 57,45млн.км

Оценка большой оси эллиптической орбиты КЗП составила 2*a = 2*57,45  = 114.9 млн.км.

     Что с учётом величины радиуса орбиты Венеры, равной 108,208 млн.км, весьма похоже на правду ( см.рис.1 с траекториями полёта КЗП из статьи).

  Далее воспользуемся непронумерованным  выражением из книги, стоящим непосредственно перед выр. 4.37:

             (V в афелии)*(V в перигелии) =  G*(Mсолнца + Mкзп) / a = Const;  т.е. это постоянная величина для любой конкретной эллиптической траектории, отражающая связь её скоростей в афелии и перигелии  с величиной большой полуоси эллиптической орбиты.  Откуда найдем скорость зонда в АФЕЛИИ (в самой  дальней точки от Солнца)  её орбиты и соответственно самой малой из всех скоростей зонда:

V в афелии = G*(Mсолнца + Mкзп)  /  (a * V в перигелии);

V в афелии = (6,6726*10-11  *1 ,98885*1030) / (57,45*109 * 1,09*1011) = 21,19 км/сек.

 

   Как видим, скорость зонда в его афелии (21,19 км/сек)  меньше  орбитальной скорости Венеры (35,02 км/сек) и составляет ~60%  от её орбитальной скорости.

Найдём период вращения зонда на такой эллиптической орбите по выр. 4.26 стр.94:

T  =  2*¶ * ( a3 / G*(Mсолнца + Mкзп) )1/2 ;

Tкзп =  2 * 3,1415 * ( (57,45*109 )3 / (6,6726*10-11  *1 ,98885*1030) 1/2  = 75,1045*105[сек];

Tкзп [днях] = Tкзп [сек] / (60 * 60 * 24)[сек/в 1 дне]  =  75,1045*105  / 86400  =  86,93 дня.

Период вращения планеты Меркурий вокруг Солнца составляет по данным Википедии 87,969 дней.

    Как видим, АВТОРЫ ПРОЕКТА космического ЗОНДА «Паркер» специально ПОДОБРАЛИ ТАКУЮ ВЕЛИЧИНУ БОЛЬШОЙ ОСИ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ОРБИТЫ  ДЛЯ ЗОНДА, ЧТОБЫ  ПЕРИОД ВРАЩЕНИЯ ЗОНДА ПО НЕЙ ВОКРУГ СОЛНЦА СОВПАЛ С ПЕРИОДОМ ВРАЩЕНИЯ ПЛАНЕТЫ  Меркурий И ТЕМ САМЫМ  ИЗЯЩНО  ИЗБАВИЛИСЬ ОТ ВОЗМУЩАЮЩЕГО ВЛИЯНИЯ  Меркурия на траекторию зонда, ПОЛНОСТЬЮ ИСКЛЮЧИВ ВОЗМОЖНОСТЬ СБЛИЖЕНИЯ на близкое расстояние ЗОНДА с Меркурием за счёт  ОДИНАКОВЫХ ПЕРИОДОВ ИХ ВРАЩЕНИЯ ВОКРУГ Солнца. 

Когда зонд находится, например, в своей высшей точке орбиты в районе чуть выше орбиты Венеры на расстояния в 114,9 млн.км от Солнца, Меркурий в этот момент может находиться либо на противоположной стороне от Солнца, либо посередине между орбитой Венеры и Солнцем (смотря что предпочли выбрать авторы проекта «Паркер»),  не оказывая существенного влияния на траекторию зонда. В итоге,  зонд «Паркер» и планета Меркурий находятся на своих одинаковых по периоду обращения вокруг Солнца орбитах, сдвинутых, по фазе вращения друг относительно друга в диапазоне от  0 до180 градусов в зависимости от тго какую фазу их движения предпочли выбрать  авторы проекта.

    Избавившись от проблем с возмущающим влиянием Меркурия, авторы проекта, на мой взгляд,   создали себе так же довольно комфортные условия и для проведения коррекций скорости зонда ( т.к. сама коррекция минимальна по требуемым затратам топлива в силу минимальности скорости зонда в афелии и поэтому более эффективна при управлении положением зонда за счёт тяги корректирующего двигателя) в области высшей ветви орбиты зонда (его афелии  ~114,9 млн.км), которая оказалась весьма удачно расположенной немного выше орбиты Венеры с её радиусом 108,208 млн.км, что позволяет использовать выбор коррекции либо на восходящем, либо на нисходящем участке траектории зонда относительно траектории Венеры.     Авторы проекта и в этой ситуации с положением зонда относительно Венеры реализовали эффективное управление скоростью зонда в его афелии (а тем самым и его положением в перигелии относительно Солнца), привлекая себе на помощь ускорение от гравитационного притяжения зонда планетой Венера  за счёт включения тяги реактивного корректирующего двигателя только  для дополнительного направления зонда в требуемое положение  относительно "сферы" Венеры, которая затем и осуществляет основную  коррекцию по изменению величины скорости зонда своим "бесплатным", не требующим никаких новых затрат топлива,  притягивающим гравитационным ускорением.   

   Цитата из сообщения:

« Такой маневр запланировано произвести вблизи Венеры 7 раз.  Это даст возможность Космическому Зонду Паркер (КЗП) 24 раза облететь вокруг Солнца по спирали, подойдя на последнем витке в 10 раз ближе Меркурия, и проводить наблюдения в глубоких слоях короны в течение 900 часов.  Перед Новым, 2020 годом, 26 декабря, произведен 2-й маневр у Венеры. КЗП вошел в “сферу стыковки межпланетных траекторий”…»

Рассмотрим требования к выведению зонда в требуемое положение по отношению к "сфере" Венеры при проведении коррекции скорости зонда в требуемую сторону (увеличения или уменьшения скорости зонда).

   Если сравнить периоды вращения зонда и Венеры вокруг Солнца, то они составляют: ~87 и 224,7 дня соответственно, т.е. через каждые 2,6 оборота зонда (=224,7 / 87), расположение Венеры и зонда почти повторяется. За 24 планируемых витка зонда Паркер возникнет 24/2,6 = ~9  ситуаций  близкого пролёта  Венеры относительно  зонда. Эти близкие пролёты Венеры и было решено использовать разработчиками проекта  для 7 коррекций орбиты зонда в его афелии  для управления в итоге его минимальным (в перигелии) расстоянием от Солнца. При этом за счёт включения тяги двигателей зонд выводится в необходимое положение относительно набегающей на него более быстрой по скорости «сферы стыковки межпланетных траекторий» Венеры:  либо для  снижения («подтормаживания») скорости, либо для небольшого разгона  зонда в зависимости от требуемой величины  перигелии зонда вблизи Солнца.

   Отметим, что в связи с тем, что скорость зонда меньше, чем орбитальная скорость Венеры,  и составляет от скорости Венеры около  60,5% ( = 21.19 км/сек  /  35,02 км/сек) , т.е почти в два раза ниже.  Поэтому картинка на рис.4 в статье о встречи зонда со «сферой переключения межпланетных траекторий» Венеры, В КОТОРОЙ ЗОНД СМОГ БЫ  БЫТЬ ЗАТОРМОЖЕН ПО СКОРОСТИ должна была бы  выглядеть так, чтобы зонд оказался выставленным за счёт тяги корректирующего двигателя ВПЕРЕДИ перед быстро набегающей на зонд с правой стороны рис.4  СВОЕЙ ЛЕВОЙ ВЕРХНЕЙ ЧЕТВЕРТЬЮ «сферы» Венеры.  При этом рассматриваем вариант коррекции скорости зонда на восходящей ветви его траектории.  Только в таком относительном положении зонда можно за счёт притяжения его Венерой снизить у него скорость в его афелии, а, следовательно  и  в нижней части его орбиты, т.е. в его перигелии с целью его дальнейшего приближения к Солнцу.

  Если же зонд разместить (см. рис.4) перед ЛЕВОЙ НИЖНЕЙ ЧЕТВЕРТЬЮ «сферы» Венеры в момент его входа в "сферу"  (опять же при условии движения зонда по восходящей ветви его траектории), то зонд УСКОРИТСЯ. Точно также ЗОНД БУДЕТ ТОЛЬКО УСКОРЯТЬСЯ НА ВСЕХ "ДОГОННЫХ" КУРСАХ зонда относительно успевшей полететь перед ним «сферой» Венеры, т.е. в догонку за планетой зонд подвергнется некоторому притягиванию в сторону Венеры с увеличением его скорости и соответственно некоторому изменению её направления.

   Аналогично, можно рассмотреть коррекцию НА НИСХОДЯЩЕМ УЧАСТКЕ ТРАЕКТОРИИ ЗОНДА  относительно пролетающей чуть ниже Венеры. При этом влияние четвертей «сферы» сменится на противоположное, т.е. при попадании зонда в левую верхнюю четверть «сферы», набегающей на зонд,  будет происходить  разгон по скорости зонда, а при входе зонда в нижнюю четверть левой стороны набегающей "сферы" Венеры – снижение скорости у зонда. 

  Как видим, довольно сложным моментом при управлении величиной менее скоростного (по отношению к скорости планеты) зонда  ЯВЛЯЕТСЯ ТРЕБОВАНИЕ ПО СНИЖЕНИЮ СКОРОСТИ ЗОНДА за счёт его притяжения планетой.

Именно этот момент  вроде бы и изображён на рис.4.   Однако на нём показано другое нетипичное для данного зонда соотношение скоростей зонда и планеты, КОГДА СКОРОСТЬ ЗОНДА ВЫШЕ СКОРОСТИ ПЛАНЕТЫ. и поэтому вход в "сферу" на восходящем участке траектории зонда в нижнюю четверть левой стороны "сферы" приводит в обходу центра масс планеты с ЛЕВОЙ стороны (см. зелёную гиперболическую траекторию на рис.4), способствующей торможению скорости.  А вот если взять на этом же рис.4 скорость зонда меньше , чем у планеты, то зелёная траектория зонда относительно планеты обойдёт центр масс планеты уже С ПРАВОЙ стороны от него  и в итоге произойдёт дополнительный РАЗГОН зонда по скорости.

Реально снизить скорость зонда при ЕГО МЕНЬШЕЙ СКОРОСТИ ОТНОСИТЕЛЬНО СКОРОСТИ Венеры МОЖНО ТОЛЬКО ЛИШЬ ВЫВОДОМ САМОГО ЗОНДА ПЕРЕД ОДНОЙ ИЗ ТРЕБУЕМЫХ ДЛЯ ЭТОГО ЧЕТВЕРТЕЙ на набегающую справа на зонд  ЛЕВОЙ СТОРОНЫ «сферы» Венеры в зависимости от того, на каком участке траектории зонда осуществляется коррекция по его скорости (восходящем или нисходящем).  При этом требуется весьма точная коррекция по выводу зонда в требуемое положение по месту и времени, да и к тому же НАДО НАДО ИЗБЕЖАТЬ ПОПАДАНИЯ В ОЧЕНЬ ОПАСНЫЕ ТОЧКИ входа на "сфере" Венеры, расположенные в области  средней части "сферы" на стыке её четвертей, которые приводят к ПРЯМОМУ ПОПАДАНИЮ ЗОНДА  в Венеру.   В противовес торможению скорости, разгон по скорости зонда можно прозводить даже на догонных курсах, сразу после пролёта "сферы" Венеры без дополнительного риска прямого попадания зонда в планету.

 

     Вот и всё, что хотелось бы отметить о действительно очень интересном решении разработчиков космического зонда «Паркер». Есть чему удивляться, взирая на разнообразие всевозможных космических орбит искусственных зондов в окружающем ближнем космосе. 

 

Георгий. 30.01.2020г. 00ч.20мин. Время моск.

 

Уважаемый Георгий! Спасибо за замечания и дополнения.

   Благдаря ссылке в исходной статье на ведущего автора миссии Космического Зонда "Паркер"(КЗП) удалось найти оригинал основной статьи авторского коллектива, возглавляемого неким Yanping Guo, по теоретическому обоснованию миссии полёта к Солнцу и 7 коррекциям орбиты для вывода зонда в его перигелии на  беспрецендентно минимальное расстояние к Солнцу с целью исследования всех видов излучений от Солнца. Вот ссылка на огригинал статьи в Интернете:

https://issfd.org/ISSFD_2014/ISSFD24_Paper_S6-2_Guo.pdf

  Далее приведено несколько избранных отрывков из этой статьи в переводе на русский с моими дополнительными комметариями, отражающие как вопросы коррекции траекторий, так и основные идеи по траекторной реазизации миссии КЗП.
 
  Заголовок статьи с кратким описанием миссии Космического Зонда "Паркер"(КЗП):
 

СОЛНЕЧНЫЙ «ЗОНД+» :   ОБЗОР ЦЕЛИ ПРОЕКТА  И ЕГО ОПИСАНИЕ.

Yanping Guo(1), James McAdams(2), Martin Ozimek(2), and Wen-Jong Shyong(2) (1)Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, 11100 Johns Hopkins Rd. Laurel, Maryland, 20723, (240) 228-7541, Yanping [dot] Guo [at] jhuapl [dot] edu (2) Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, 11100 Johns Hopkins Rd. Laurel, Maryland, 20723 Jim [dot] McAdams [at] jhuapl [dot] edu, Martin [dot] Ozimek [at] jhuapl [dot] eduWen-Jong [dot] Shyong [at] jhuapl [dot] edu

"Реферат:  Миссия исследования Солнца «ЗОНД+», с запланированным запуском в 2018г, впервые приблизиться к Солнцу в пределах 10 солнечных радиусов (RS  (= 0,696млн.км,*)). Космический корабль достигнет Солнца в серии эллиптических гелиоцентрических орбит походящих внутри солнечной системы. Расстояния перигелия орбит будет постепенно уменьшаться с применением гравитационного притяжения Венерой вплоть до достижения  9.86 RS ( = 9,86 * 0,696млн.км = 6,74млн.км *). Ключевые элементы базового проекта миссии включают запуск зонда, семь коррекций с использованием гравитации Венеры  и помогают получить 7 видов траектории миссии V 1-7, и беспрецедентные 24 близких солнечных пролета в течение  7-летней продолжительности миссии проекта. Научные наблюдения и измерения  начнутся через три месяца после пролёта в первом перигелии на расстоянии 36 RS (=27,14 млн.км*), который будет новым рекордом по минимальному расстоянию для космического зонда относительно Солнца, и на протяжении всей миссии будет сопровождаться регулярными пролётами у Солнца от 3 до 4 раз за год. Из-за Солнечной активности связь с космическим кораблем может быть задействована не по всей траектории внутри солнечной системы. Профиль покрытия полной связью показан на рисунках совместных орбит, вместе с рисунками  маневров коррекции траектории."

*) Примечания мои, а также далее по тексту с символом:  *).

  Описание идеи задействовать эллиптическую орбиту для зонда с периодом вращения, равным периоду вращения планеты Меркурий вокруг Солнца, с целью исключения нежелательных встречь зонда с Меркурием. 

"2.3.  Финальная Солнечная Орбита после 7-ой коррекции у Венеры, SPP («космического зонда Паркер» (КЗП)*))  сформирует солнечную орбиту с перигелием 9.86 RS ( = 9,86 * 0,696млн.км = 6,74млн.км*)) и афелием 0.73 AU ( = 0,73 * 149,6млн.км = 109,21 млн.км *)).  Эта финальная солнечная орбита миссии удовлетворяет требования науки. Финальая солнечная орбита сориентирована близкой к плоскости эклиптики с наклоном 3.4 градуса  к плоскости эклиптики. Орбитальный период - 88 дней, который равен  орбитальному периоду планеты Меркурий, что позволяет избежать возможности столкновения (зонда) с Меркурием в связи с отсутствием  заметного гравитационного воздействия от Меркурия, способного изменить финальную (окончательную)  солнечную орбиту (зонда). Космический корабль SPP (КЗП) останется на этой конечной солнечной орбите и будет  встречаться с Солнцем регулярно через каждые 88 дней."

  Дополнительное примечание: Однако, в случае исчерпания запасов топлива, зонд не сможет уклоняться от неоднократных  встречь с Венерой на её слегка эллиптической орбите (107,476 -108,942 млн.км) и со временем может наступить развязка, поскольку афелий  финальной трактории КЗП (выбранный из условия избегания встречи зонда с Меркурием и равный 109,21 млн.км)  приводит к близким пролётам относительно Венеры на восходящей и нисходящей ветвях траекторий зонда  и вскоре после окончания миссии  зонд испытает на себе неуправляемые воздействия гравитации Венеры, скорее всего  многократные, на протяжении нескольких встречь с планетой.   При этих встречах с Венерой в худших случаях зонд либо заметно  снизит  скорость так, что он очень сильно приблизится к Солнцу (и для начала «поджарится») или даже рухнет на Солнце, а может зонд и разбиться о Венеру в случае почти лобовой встречи с ней.  В лучших случаях встречь  с Венерой, с небольшими изменениями афелия орбиты в любую сторону относительно орбиты Венеры зонд становится уязвимым ещё и для планеты Меркурий,  поскольку период его орбиты станет отличаться от периода Меркурия и  встречи с ним тоже ничем хорошим для зонда не закончатся. В любом случае, интересно узнать какое время  сможет просуществовать зонд после выполнения своей миссии через 5,6 лет, когда прекратятся коррекции его орбиты по исчерпании запаса топлива на борту станции.    Его гибель без управляемых коррекций уклонения от планет будет только вопросом времени.  Но свою блестяще начавшуюся миссию, зонд «Паркер», будем надеяться,  выполнит до конца и все последующие запланированные коррекции траекторий зонда пройдут успешно.

   Замечания о  предусмотренных программой 7-ми коррекциях орбиты зонда за счёт использования ускорения от притяжения Венерой: 

4. Геометрия коррекций от Венеры.

Фигура 3 показывает ориентацию траектории космического корабля и Венеры, а также  солнечного освещения для каждых из семи коррекций от Венеры. Траектория космического корабля при применении коррекций притяжением Венеры с №№ 1,2.5 и 6  Венеры будут производиться на НИСХОДЯЩИХ участках траектории полёта Зонда между Солнцем и Венерой.   Ещё  три коррекции с №№ 3,4 и7 произойдут относительно Венеры на ВОСХОДЯЩИХ участках траектории зонда, т.е. когда он будет находиться дальше от Солнца, чем центр Венеры.    Некоторая часть траектории космического корабля пройдёт в тени от Венеры (при солнечным затмении Венерой).  Космический корабль испытает кратковременное солнечное затмение в течение этих трех коррекций от Венеры.   Самое длинное солнечное затмение будет 661 секунды на  3-ей коррекции от Венеры, и самое короткое солнечное затмение 501 секунд произойдет на 7-ой  Венере. Эти краткие солнечные периоды затмения не нарушат работу блока питания космического корабля или термического ограничения на коррекцию от Венеры (а кто бы сомневался в этом, если он рассчитан на гораздо более тяжёлые условия по "поджариванию" вблизи самого Солнца ?!)   Среди семи коррекций от Венеры, самая близкая к Венере коррекция №7 произойдёт на расстоянии в 317 км от Венере.   Вторая ближайшая коррекция с №=3 произойдет на 834 км от Венеры. Остальная часть коррекций от Венеры  произойдет на гораздо больших расстояниях в диапазоне от 2392 до 3939 км. Расстояния  этих коррекций не вызывают беспокойства о безопасности космического корабля и не требуют задействования оптической навигации для предварительного повышения точности коррекции."

=========================================================================

" 5.1. Солнечные пролёты

   Многократно повторяющихся одинаковые пролёты (зонда) в перигелии относительно Солнца представляют из  себя семь видов основных траекторий (по числу коррекций и со своими семью периодами вращения относительно Солнца). Три типа перигелиевых пролёта  P4, P6 и P8 состоят из  двух повторяющихся последовательных солнечных пролётов.  Два типа перигелия P1 и P22 (P24 – это ошибка в статье, см.фиг.6 для P22 *) имеют по три повторяющихся солнечных пролета. Перигелий P17 имеет пять пролётов, а перигелий P10  - семь пролётов. Эти повторные солнечные пролёты (с одинаковой дистанцией зонда в перигелии)  создают благоприятные возможности  для научных наблюдений и измерений и увеличивает общее время, проведенное в районе ближнего Солнца, что критически важно для накопления данных для далнейших полноценных научных исследований. Детальное  солнечное расстояние и профили скорости вблизи Солнца на каждом солнечном пролёте научного этапа порисованы на Фиг.4."

   На рис.4 показаны МИНИМАЛЬНЫЕ РАССТОЯНИЯ (видимо, от барцентра Солнца в AU,  где AU =149,6 млн.км - среднее расстояние от Земли до Солнца) и ВЕЛИЧИНЫ СКОРОСТИ (в км/сек) ЗОНДА по дням (до и после перигелия) относительно момента истинного перигелия. Показаны семь рисунков после проведения каждой из 7-ми коррекций, выраженную в номерах орбит относительно Солнца, отсчитываемых от начала миссии зонда (всего запланировано 24 (с их номерами: #1 - #24) солнечных пролёта. 

 

==================================================================

«  Профили расстояний от Солнца

 Изменение солнечного расстояния космического аппарата SPP (КЗП) в зависимости от времени полёта (в днях (=24 час) с момента старта КЗП)  в течение 7-летней продолжительности полета показано на рис. 6.    Число солнечных орбит миссии четко показано в этом солнечном профиле расстояния. Существует 25 афелиев (от А1 до А25) и 24 перигелия (от Р1 до Р24), в общей сложности 24  (с мх номерами: #1 - #24) полных солнечных орбиты. Каждая орбита начинается в аафелии (наибольшем расстоянии от Солнца), проходит через перигелий (наименьшее расстояние) и заканчивается в следующем афелии. Например, число орбиты n, начинается с An, проходит через Pn и заканчивается на A(n+1). Подробно показано (как в соответствии в 7 коррекциями орбиты КЗП в области орбиты Венеры) уменьшаются расстояния перигелия и афелия относительно Солнца.  

  Дополнительное примечание:   

   Диапазон расстояния от афелия до следующего за ним перигелия, если между ними НЕТ этапа коррекции орбиты в виде круглого рисунка Венеры в верхней части рис.6 по дальности,  определяет большую полуось эллиптической орбиты зонда, а, следовательно, и его период вращения (в днях полёта) относительно Солнца для последующих солнечных пролётов. Если же на пути вниз от афелия до перигелия ЕСТЬ коррекция (в виде кружка Венеры), то для определения параметров НОВОЙ эллиптической орбиты в результате этой коррекции надо взять расстояние от нижнего текущего после коррекции перигелия до следующего заним афелия.

    В результате предусмотренных программмой семи коррекций, постепенно снижающих скорость полёта зонда в верхней части орбиты, преследуется цель перехода (к семи видам расстояния в перигелии) со всё более меньшей дальностью до Солнца и неизбежным нарастанием максимальной скорости зонда в нижней части орбиты из-за его дополнительного разгона притяжением Солнца вследствие потери скорости зонда при каждой новой  коррекции орбиты в её афелии (вот откуда неизбежно растут и эти «побочные рекорды по скорости», что, однако, неплохо с точки зрения снижения времени пребывания зонда при облёте Солнца в его перигелии для уменьшения общего накопленного массой зонда количества тепла от Солнца (чтобы зонд не перегрелся)  с последующим остыванием зонда в  области его афелия у орбиты Венеры)

   Значение периода обращения зонда вокруг Солнца (в днях) для каждого его солнечного пролёта  показано в виде таблицы в верхней части рис.6. Для завершения первой орбиты потребуется 168 дней, а для завершения последней - только 88 дней, причем этот период окажется меньше первоначально почти на 50% в ходе 8-й миссии. 

   Это упоминание о некоей "8-й миссии зонда", видимо, связано с  последующими вращениями зонда по окончании его последнего 24-го пролёта относительно Солнца, предусмотренного основной программой полёта, и его дальнейшему уже «бонусному», неуправляемому коррекциями, полёту с неясной пока продолжительностью существования зонда в этой его последней,  8-ой миссии.*) 

   Не забываем о том, что период 88 дней необхолим для полного исключения вероятности встречи зонда на малых расстояниях с планетой Меркурий, имеющей период вращения вокруг Солнца  ~88 земных дня и, конечно же, с учётом выбора разработчиками данного проекта соотвествующей фазы их относительного вращения для обеспечения максимального расстояния между ними с целью снижения возмущающего гравитационного притяжения Меркурия на траекторию зонда. *). 

      Получение семи видов минимального расстояния зонда в его перигелии объясняется введением по программе полёта семи запланированных коррекций скорости полёта зонда за счёт его предварительного выведения путём включения корректирующего реактивного двигателя  и вывода зонда в требуемую расчётную область пространства на заданное расстояние для попадания зонда перед набегающей Венерой в требуемую точку на так называемой "сфере переключения межпланетных траекторий" Венеры с целью снижения его скорости полёта под воздействием её гравитационного притяжения.  На рис.6 для расстояний отмечены случаи семи коррекций с прорисовкой семи венерианских кружков. Дальность полета зонда от Солнца является основным фактором, определяющим конструкцию системы полета SPP (КЗП). Солнечное расстояние определяет требования к размеру солнечных батарей, удовлетворяющих требованиям по энергоснабжению, поддержания работы системы температурного режима по тепловой защите и охлаждению, ситемы управления космическим аппарата и передачи данных. На рис. 6 показано максимальное солнечное расстояние 1,018 AU (= 1,018*149,6млн.км  = 152,3млн.км) на орбите #1 и минимальное солнечное расстояние 0,04587 AU (9,86 RS)  (= 6,86млн.км) на орбитах #22-#24 и далее по времени. Траектория зонда никогда не будет удаляться от Солнца дальше, чем орбитальное расстояние Земли, что позволяет использовать на космическом аппарате солнечные батареи минимальных размеров.»

   В заключение, остаётся пожелать команде управления Космическим Зондом «Паркер» полного и успешного выполнения запланированной программы полёта по изучению излучений Солнца для получения новых данных на благо всего человечества в течение ближайших 5,6 лет работы зонда на солнечной орбите.

Георгий. 31.01.2020г 20ч.25 мин. Время моск.

Уважаемый Георгий!

Используя небогатые исходные данные, Вы не только детально описали орбиту зонда Паркер и тонкости условий его встреч с Меркурием и Венерой, но и дали свою оценку рациональности орбиты этого космического аппарата. Большая, интересная и полезная работа.

Уважаемая RMR_astra, большое спасибо за оценку моих заметок. В ближайшие дни Вас и всех читателей данного сайта  ждёт ещё одно небольшое, но весьма оригинальное и неожиданное для большинства читателей сообщение, связанное с расчётами траекторий аппратов очень близко подлетевших к Солнцу таких, например,  как зонд "Паркер", о существовании которого я ещё и пару недель назад ничего не знал.

 Выражаю Вам, RMR_astra,  БОЛЬШУЮ  БЛАГОДАРНОСТЬ за Ваше сообщение о зонде "Паркер"!

  Действительно, ПОРАЗИТЕЛЬНО  ИНТЕРЕСНЫЙ ПРОЕКТ, миссия которого позволит пролить свет на  не только на излучения Солнца (ну и каламбур), но и прояснить многие вопросы, связанные с механикой полёта тел в таких экстремальных близких условий пролёта у центральной звезды планетной системы и даже оценить многие интересные вопросы, связанные, например,  с формированием гравитацонного поля вокруг звезды (т.к. есть некоторые оригинальные теории по этому поводу) и многое чего другого.

    Обидно, что эти данные, наверняка,  не будут доступны всем нашим заинтересованным в этих вопросах учёным, а очень жаль. Упустили мы инициативу, превратившись в "извозчиков"  на МКС, вместо реализации по настоящему интересных космических исследований, прежде всего Луны и вот таких оригинальных запусков зонда к Солнцу...   Ну не нужны нам на сегодняшнем этапе развития никакие марсы и прочие безжизненные планеты вместе с безумными и авантюрными идеями их колонизации.   Пора начинать наводить порядок на самой Земле (хотя бы с мусором в океанах и в ближем космосе по расчистке от космического "мусора" на орбитах, пока ещё не поздно) и  начать в ближайшее время серьёзное освоение Луны,  на которую, уверяю Вас, ещё не ступала нога ни одного человека, ну а в американском шоу можно всякое показать, на это они мастера ...  Как бы не проиграть нам в этом возобновившемся соревновании прежде всего китайцам. Очень уж медленно и неуверенно раскачиваемся, отодвигая даты запусков всё дальше и дальше. Надо бросить все силы на освоение Луны - вот наша приоритетная задача на ближйшие десятилетия в космических программах, а не марсовые прожекты по поиску каких-то там следов бывших цивизизаций, от которых нам никакого проку нет на данном этапе развития космической техники.

  Я верю в Вас, Д.О. Рогозин.   Вы же патриот отечества!  Дмитрий Олегович, не подведите!   Пора всерьёз браться за Луну, ещё можно успеть!     Выполните мечту Сергея Павловича Королёва:      

В п е р ё д  ,  к  Л у н е !   П о к а ж е м   н а  ч т о   е щ ё  с п о с о б н а  Р о с с и я !

Георгий. 02.02.2020г 18ч.10мин. Время моск.

Продолжение комментария.

Наши мнения разошлись: я знаю, что американцы были на Луне – см. статью, и не верю, что Рогозин способен сделать что-то полезное в космонавтике.

Уважаемая RMR_astra!

С Вашим первым утверждением я не согласен, но согласен с уважаемым Георгием, однако со вторым Вашим утвержденим по поводу Рогозина я полностью согласен. Хотелось бы согласиться с Георгием, но пока оснований для оптимизма мало. Однако еще есть время и, надеюсь, оно скоро наступит.