RUDN University matematiker har föreslagit en metod för att beräkna den optimala banan för rymdfarkoster med elektrisk framdrivning, vars dragkraft är tusen gånger mindre än den kemiska man har, men det kan fungera i flera år. Dessa motorer är bäst lämpade för interplanetära uppdrag. Matematiker beräknade flygparametrarna för rymdsonden med en sådan motor till Mars och Merkurius. Uppsatsen publiceras i tidskriften Kosmisk forskning .

Kemiska raketmotorer skapar en stor dragkraft, vilket gör det möjligt att föra massor av last i omloppsbana under några minuter. På samma gång, en enorm mängd bränsle förbrukas. När rymdfarkosten väl är i yttre rymden, en stor dragkraft blir onödig, speciellt för automatiska interplanetära stationer som kan flyga till sin destination i flera år.

Ett elektriskt framdrivningssystem (EPS) är bättre lämpat för sådana uppdrag. Drivmedlet i ett elektriskt framdrivningssystem är joniserad gas, som accelereras i ett magnetfält. På grund av den låga förbrukningen av drivmedlet, EPS kan fungera under mycket lång tid.

"På grund av de låga dragkraftsnivåerna av EPS, det kan användas mest effektivt endast på tillräckligt stora avstånd från de attraherande föremålen (planeter eller massiva månar), d.v.s. vid interplanetära flygningar, " förklarar matematikern Alexey Ivanyukhin.

Enligt honom, i fallet med användning av EPS i närheten av en massiv kropp, den tillgängliga jetaccelerationen kan vara extremt låg i förhållande till gravitationsaccelerationen – på nivån 10 ⁻⁵ -10 ⁻⁴ . Men på interplanetära banor, nivån av jetacceleration av EPS är inte mycket sämre än solens gravitation, och deras förhållande kan vara 10 ⁻² -10 ⁻¹ .

Alexey Ivanyukhin påminde om att för utforskningen av solsystemet vid sekelskiftet har EPS använts som primärt framdrivningssystem. De första sådana rymdfarkosterna var Deep Space 1 (en asteroid och två kometer som flyger förbi), Smart-1 (insättning av månbanan), Hayabusa (leverans av jordprover från asteroiden Itokawa), Dawn (konsekutiv flygning till asteroiderna Vesta och Ceres).

RUDN University matematiker har löst problemet med banoptimering för rymdfarkoster med EPS. De bestämde den maximala möjliga användbara rymdfarkostens massa och optimala egenskaper hos framdrivningssystemet, den mest lämpliga för vart och ett av de övervägda uppdragen.

En förstorad modell av rymdfarkostsystem och specifika egenskaper som återspeglar den nuvarande tekniknivån (till exempel, förhållandet mellan solpanelens massa och elektrisk kraft) användes för att bestämma dessa parametrar.

Forskarna övervägde uppdrag till Mars och Merkurius. Beräkningar har visat att rymdsonden med EPS och med de angivna egenskaperna kommer att kunna nå Mars om 350 dagar vid startdatumet den 30 april, 2035. Överföringen till Merkurius tar cirka 3000 dagar.

Förutom, matematiker har visat att för en bred klass av banor, det maximala värdet av användbar rymdskeppsmassa uppnås på banan med den ständigt körande motorn, det är, med minsta möjliga dragkraft som krävs för flygningen.

"Detta tyder på att ökningen av dragkraften, vilket kommer att minska bränslekostnaderna, är ineffektivt i jämförelse med ökningen av den erforderliga massan av själva framdrivningssystemet. Detta beror på huvudproblemet med rymdutforskning - bristen på kompakta och kraftfulla energikällor, " förklarar Alexey Ivanyukhin.

Han och hans kollegor planerar att fortsätta forskningen i denna riktning.

"Till exempel, vi tänker överväga uppdrag till asteroider för att leverera jord eller flyg till månen. Det är möjligt att överväga en mer detaljerad modell av driften av EPS eller solpaneler. Utvecklare av EPS och rymdfarkoster är intresserade av sådana studier, " avslutar Alexey Ivanyukhin.