Ученые Самарского университета им. Королёва разработали систему управления космическим парусником для полета к Марсу
Разработка ученых превращает солнечный парус в космический руль.
Ученые Самарского национального исследовательского университета имени С.П. Королёва разработали программный комплекс для управления космическим парусником при полете к Марсу. Разработка позволяет изменять траекторию полета парусника без использования двигателей ориентации - программа может вести космический аппарат по заданному курсу, управляя прозрачностью солнечного паруса.
Подобный способ управления не только дает возможность экономить топливо двигателей аппарата для выполнения других задач миссии, но и делает космические парусники в перспективе более "энергетически независимыми" и способными на более дальние перелеты без оглядки на запасы топлива для двигателей - с помощью солнечного паруса в космосе можно будет не только разгоняться, но и эффективно рулить.
"На нашей кафедре разработан программный комплекс, позволяющий решать задачи управляемого движения космического аппарата с солнечным парусом при перелете с орбиты Земли на орбиту Марса. С помощью такого комплекса космический парусник сможет следовать по заданной траектории к назначенной цели и корректировать в случае необходимости курс без использования традиционных двигателей ориентации - траекторию можно изменять благодаря парусу со специальными участками с изменяемой отражательной способностью", - рассказала заведующая кафедрой динамики полета и систем управления Самарского университета им. Королёва профессор Ольга Старинова.
Эти участки называются управляющими поверхностями и представляют собой полоски из жидкокристаллической пленки, размещенные вдоль сторон квадратного солнечного паруса. Под воздействием электрического тока, включаемого в определенный момент полета, способность такой полосы отражать солнечный свет меняется, она может почти полностью пропускать свет или практически полностью отражать его. Соответственно меняется и сила, с которой солнечный свет на нее давит. То есть, в зависимости от степени прозрачности той или иной полосы, свет давит на разные стороны паруса с разной силой и космический аппарат поворачивается в нужную сторону. Это как если бы на обычном земном паруснике после вращения штурвала та или иная сторона парусов каким-то образом становилась бы вдруг на время дырявой и начинала бы пропускать ветер, поворачивая корабль без руля.
С помощью попеременного включения и выключения на парусе соответствующих управляющих поверхностей появляется возможность совершать развороты, необходимые для межпланетного перелета", - отметила Ольга Старинова.
В программу, берущую на себя функции и космического штурмана и матроса-рулевого, можно заложить данные для конкретной космической миссии - размеры и массу космического аппарата, который планируется запустить, площадь солнечного паруса, размеры управляющих элементов на парусе, дата и место планируемого старта с орбиты Земли, точка на орбите Марса, куда должен прибыть парусник, и время, закладываемое на перелет. Программный комплекс рассчитает все необходимые показатели и траекторию полета, укажет, в какие моменты и как именно нужно будет изменить прозрачность управляющих поверхностей паруса, чтобы космический аппарат в минимальные сроки добрался до заданной точки.
Ученые моделировали полеты к Марсу на аппаратах с парусами различной площади. Расчеты показали, что при квадратном плоском парусе площадью 200 кв. м (примерно 14 на 14 м) и ширине управляющих полосок порядка 15-20 см парусник может долететь до орбиты Марса за 250 суток - продолжительность полета зависит от конкретного расположения Земли и Марса, минимальное расстояние между планетами составляет более 55 млн км. Результаты расчетов получены для управления полетом именно к Марсу, но программный комплекс можно использовать и для миссий к другим планетам.
Конечно же, этот комплекс создавался не для какой-то конкретной марсианской миссии, разработка прежде всего направлена на проверку самой возможности полноценного использования такого принципа управления космическими парусниками без снижения точности траектории и без увеличения времени полета - управления только с помощью паруса, без применения двигателей ориентации. И проверку эта идея прошла успешно - расчеты показывают, что космическим парусником можно вполне эффективно управлять таким способом, при этом длительность полета удается сохранить столь же минимальной, как если бы мы использовали двигатели ориентации. И это уже можно назвать успехом, ведь получается, что мы не тратим топливо на управление, на изменение траектории полета, а значит, такой космический аппарат меньше зависит от наличия на борту необходимого запаса топлива. То есть, у аппарата, оснащенного такой системой управления, больше возможностей для выполнения задач в межпланетных миссиях - ведь топливом для него служит солнечный свет", - подчеркнула Ольга Старинова.