Самарские ученые разработают проектные модели космических аппаратов для исследовательских миссий в Солнечной системе

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королёва разработают проектные модели космических аппаратов, оснащенных электроракетными двигателями малой тяги и предназначенных для исследовательских миссий к астероидам, кометам, Луне, Марсу и другим телам Солнечной системы.

Также будет создан программный комплекс для определения оптимального управления полетами таких аппаратов в гравитационных полях сложной конфигурации. Данный проект в конце 2021 года стал одним из победителей конкурса Российского научного фонда (РНФ) и получил финансовую поддержку в виде гранта сроком на два года.

"В рамках проекта будут решаться задачи проектирования и конструирования космических аппаратов с электрическими ракетными двигателями, будут исследоваться вопросы проектно-баллистического анализа миссий к малым телам Солнечной системы, а также полетов в окололунном и околомарсианском пространствах. Планируется разработать проектные модели автоматических исследовательских космических аппаратов массой до одной тонны и создать программный комплекс для определения оптимального управления полетами таких аппаратов в гравитационных полях с нерегулярной структурой", - рассказала руководитель проекта, заведующая кафедрой динамики полёта и систем управления Самарского университета, профессор Ольга Старинова.

По ее словам, в последнее время в мировой космонавтике значительно вырос интерес к использованию электроракетных двигателей (ЭРД). Принцип работы ЭРД основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. К электроракетным, например, относятся плазменнные и ионные двигатели. ЭРД, по сравнению с жидкостными ракетными двигателями, обладают очень малой тягой, но зато способны работать, в том числе в непрерывном режиме, в течение многих лет, что важно при дальних, межпланетных полетах.

Применение электроракетных двигателей для дальних космических миссий позволяет значительно увеличить массу полезной нагрузки, а также сэкономить топливо и сократить время полета. Автоматические исследовательские зонды с ЭРД могут заниматься исследованием комет и астероидов, работать на орбитах планет и их спутников, доставлять полученные образцы и результаты исследований на Землю.

"Это перспективное направление в космонавтике, потому что у таких двигателей очень малый расход топлива. Это очень выгодно с точки зрения увеличения массы полезного груза, доставленного к объекту исследования. Например, на полет до Марса вам нужно топлива не в три раза больше веса того груза, который вы туда доставляете, а всего лишь одну треть от этого веса. Космическая баллистика сейчас очень сильно меняется, потому что меняются используемые в космонавтике двигатели", - отметила Ольга Старинова.

Работа над проектом займет два года. Ученые определят наилучшие типы и характеристики двигателей, рассчитают запасы топлива и возможную полезную нагрузку. Как подчеркивают ученые, данный проект касается разработки пока только автоматических космических аппаратов, не пилотируемых. В проекте также пока не планируется рассматривать вопросы посадки подобных зондов на поверхность астероидов или же, например, на Луну с Марсом, хотя не исключено, что ученые в ходе исследований смоделируют и подобные сценарии.

"Создание проектных моделей означает, что мы определим и рассчитаем, какие именно двигатели, с какими характеристиками лучше всего подойдут для той или иной миссии, сколько потребуется топлива и какая энергоустановка может быть использована. Будем проводить расчеты, готовить эскизы и 3D-модели. Конкретной научной проблемой, которая будет решаться в рамках работы над проектом, является определение оптимальных устойчивых схем маневрирования космических аппаратов вблизи объектов с гравитационными полями сложной конфигурации. Посадку на поверхность пока не планировали считать, но может, рассчитаем и ее. В целом ожидается, что результаты проекта будут уникальными, не имеющими пока мировых аналогов, а общественная и социальная значимость этих результатов будет заключаться в их использовании для дальнейшего освоения человеком дальнего космоса с помощью автоматических космических аппаратов", - сказала Ольга Старинова.