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    Investigador calcula trayectorias óptimas a Marte y Mercurio para una nave espacial con propulsión eléctrica

    Crédito:Universidad RUDN

    El matemático de la Universidad RUDN ha propuesto un método para calcular la trayectoria óptima de las naves espaciales con propulsión eléctrica, cuyo empuje es miles de veces menor que el químico que tiene, pero puede funcionar durante años. Estos motores son los más adecuados para misiones interplanetarias. Los matemáticos calcularon los parámetros de vuelo de la sonda espacial con dicho motor a Marte y Mercurio. El artículo se publica en la revista Investigación cósmica .

    Los motores de cohetes químicos crean un gran empuje, lo que permite poner en órbita toneladas de carga durante unos minutos. Al mismo tiempo, se consume una gran cantidad de combustible. Una vez que la nave espacial está en el espacio exterior, un gran empuje se vuelve innecesario, especialmente para estaciones interplanetarias automáticas que pueden volar a su destino durante años.

    Un sistema de propulsión eléctrica (EPS) es más adecuado para tales misiones. El propulsor en un sistema de propulsión eléctrica es gas ionizado, que se acelera en un campo magnético. Debido al bajo consumo del propulsor, la EPS puede funcionar durante mucho tiempo.

    "Debido a los bajos niveles de empuje de EPS, se puede usar de manera más efectiva solo a distancias suficientemente grandes de los objetos atrayentes (planetas o lunas masivas), es decir., en vuelos interplanetarios, "explica el matemático Alexey Ivanyukhin.

    De acuerdo con él, en el caso del uso de EPS en las proximidades de un cuerpo macizo, la aceleración del chorro disponible puede ser extremadamente baja en relación con la aceleración gravitacional, en el nivel de 10 −5 -10 −4 . Pero en trayectorias interplanetarias, el nivel de aceleración del jet del EPS no es muy inferior a la gravedad del sol, y su proporción puede ser 10 −2 -10 −1 .

    Alexey Ivanyukhin recordó que para la exploración del sistema solar a principios de siglo, los EPS se han utilizado como sistema de propulsión primario. Las primeras naves espaciales de este tipo fueron Deep Space 1 (un asteroide y dos cometas sobrevolando), Smart-1 (inserción de la órbita lunar), Hayabusa (entrega de muestras de suelo del asteroide Itokawa), Amanecer (vuelo consecutivo a los asteroides Vesta y Ceres).

    Los matemáticos de la Universidad RUDN han resuelto el problema de la optimización de la trayectoria de las naves espaciales con EPS. Determinaron la masa máxima útil posible de la nave espacial y las características óptimas del sistema de propulsión. el más adecuado para cada una de las misiones consideradas.

    Un modelo ampliado de sistemas de naves espaciales y características específicas que reflejan el nivel actual de tecnología (por ejemplo, la relación entre la masa del panel solar y la energía eléctrica) se utilizaron para determinar estos parámetros.

    Los investigadores consideraron misiones a Marte y Mercurio. Los cálculos han demostrado que la sonda espacial con EPS y con las características especificadas podrá llegar a Marte en 350 días a la fecha de inicio del 30 de abril. 2035. La transferencia a Mercurio tardará unos 3000 días.

    Además, matemáticos han demostrado que para una amplia clase de trayectorias, el valor máximo de la masa útil de la nave espacial se alcanza en la trayectoria con el motor en funcionamiento constante, es decir, con el mínimo empuje posible necesario para el vuelo.

    "Esto sugiere que el aumento en el empuje, lo que reducirá los costos de combustible, es ineficaz en comparación con el aumento de la masa requerida del propio sistema de propulsión. Esto se debe al principal problema de la exploración espacial:la falta de fuentes de energía compactas y potentes, "Explica Alexey Ivanyukhin.

    Él y sus colegas planean continuar investigando en esta dirección.

    "Por ejemplo, tenemos la intención de considerar misiones a asteroides para entregar suelo o vuelos a la luna. Es posible considerar un modelo más detallado de funcionamiento del EPS o paneles solares. Los desarrolladores de EPS y naves espaciales están interesados ​​en tales estudios, "Concluye Alexey Ivanyukhin.


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