Студентка Самарского университета имени Королева - вуза-участника национального проекта "Наука и университеты" Дарья Нерядовская математически доказала возможность использования "космического лифта" при проведении дистанционных исследований марсианского спутника Фобос.
В научной работе она представила расчеты, которые дают необходимое математическое обоснование для осуществления в перспективе проекта НАСА PHLOTE (Phobos L1 Operational Tether Experiment, "Флоут"), предполагающего спуск научной аппаратуры на тросе с космического зонда, висящего в нескольких километрах над поверхностью марсианского спутника.
Данный проект НАСА, обнародованный в 2017 году, пока не реализован, и последние несколько лет представлен в открытых источниках лишь в виде общей концепции, без подробностей и какого-либо математического обоснования.
Исследование Дарьи Нерядовской не только подтверждает возможность осуществления такого проекта на практике, но и значительно расширяет перспективы проведения подобных исследовательских миссий - благодаря расчетам студентки ученые смогут опустить на тросе больший, чем предполагалось, груз аппаратуры и исследовать обе стороны Фобоса, а не только одну, как говорится в изначальной концепции проекта PHLOTE.
Кроме того, данные расчеты применимы и для организации миссий к другим подобным спутникам планет Солнечной системы, например, к другому спутнику Марса - Деймосу. Работа Дарьи Нерядовской была поддержана грантом Российского научного фонда.
- Использование тросовых систем для изучения и освоения планет Солнечной системы и их спутников является одной из актуальных задач современной космонавтики. Большое внимание в настоящее время уделяется исследованию спутника Марса Фобоса, происхождение которого до сих пор не установлено. Результаты проведенного исследования подтверждают возможность осуществления миссии, подобной PHLOTE, со строительством "космического лифта" и спуском оборудования и датчиков на специальном тросе с борта космического аппарата, находящегося в точке либрации, - рассказала Дарья Нерядовская.Для подготовки такой исследовательской миссии вначале необходимо разработать теоретическое обоснование, получить подтверждение, что данный проект в принципе осуществим, а для этого нужно выполнить большой объем аналитических и численных расчетов различных моделей движения тросовой системы и способов управления ею.
В открытых материалах НАСА не представлено каких-либо аналитических выкладок по расчетам, есть только некоторые данные. Поэтому выполненные расчеты могут помочь в дальнейшем реализовать подобную миссию по изучению Фобоса или другого естественного спутника, находящегося в схожих с Фобосом условиях.
Согласно концепции миссии НАСА, космический зонд PHLOTE, находясь на высоте примерно 3 км от поверхности Фобоса, спустит на тросе из углеродных нанотрубок аппарат с приборами и датчиками.
В одном из вариантов проекта аппарат с приборами опустится непосредственно на поверхность спутника, в другом - остановится на высоте 400 метров. После выполнения цикла исследований спускаемый аппарат можно будет поднять обратно на борт зонда и доставить на Землю или использовать в другой точке пространства.
Как рассчитали ранее ученые, для того чтобы "космический лифт" работал максимально устойчиво и надежно, необходимо, чтобы центр тяжести тросовой системы находился в одной из точек Лагранжа, или точек либрации, в системе Марс - Фобос: L1 или L2.
В этих особых точках космического пространства - точках Лагранжа - различные физические силы настолько успешно компенсируют взаимное воздействие друг на друга, что небольшой объект, оказавшийся в такой точке, оказывается как бы в гравитационной "невесомости" или гравитационном равновесии - его не притягивает ни к одному из двух массивных вращающихся небесных тел, под чье общее влияние он попал, например, под влияние Марса и Фобоса.
Поэтому траектория движения объекта, находящегося в точке Лагранжа, оказывается весьма устойчивой и мало подверженной внешнему влиянию.
В проекте НАСА планируется задействовать только одну точку либрации - L1. В работе самарской студентки рассчитаны параметры также и для тросовой системы, размещаемой в точке L2, которая находится с обратной стороны Фобоса, невидимой с Марса - в этом Фобос похож на земную Луну.
Два "космических лифта" позволят изучать марсианскую луну с обеих сторон. Кроме того, проведенные расчеты позволяют увеличить массу аппарата с приборами и датчиками до 50 кг, в зависимости от возможностей космического зонда. В проекте НАСА масса спускаемого аппарата составляет лишь 15 кг.
- Проведенные расчеты развивают на перспективу идею проекта PHLOTE по исследованию Фобоса. Разместив тросовые системы в коллинеарных точках либрации L1 и L2, можно проводить дистанционные исследования всей поверхности марсианского спутника. С помощью размещенной над Фобосом системы видеонаблюдения можно будет с достаточно близкого расстояния следить за ходом исследовательской миссии, высадившейся на поверхность Фобоса.
Кроме того, такой "лифт" может служить промежуточной станцией для проведения исследований, связанных с изучением окружающего космического пространства, а также в качестве промежуточной площадки для межпланетных перелетов - например, для высадки на Марсе или для возвращения с Марса на Землю, - отметила Дарья Нерядовская.
