Авторы Майк Лукс, Джон Каррико и Деннис Тито.

Деннис Уинго представил нам некоторые комментарии в своей статье Inspiration Mars: пара слов об их планах. Деннис Уинго — наш друг. Мы приветствуем комментарии от любого источника, особенно обозревателей вроде Денниса.

Наша статья для IEEE представляет собой попытку показать возможность простейшего облёта Марса. Мы выбрали простую траекторию полёта, и будем выбирать простую систему жизнеобеспечения, теплозащитный экран и т.д., используя существующие конструкции и технологии для одного запуска. Мы можем и отклониться от этих планов, но только тогда, когда убедимся, что это оправдано.

Статья — не попытка описать все возможные вопросы, которые могут возникнуть в дальнейшем и не содержит весь анализ, сделанный командой Inspiration Mars. Наша работа представляет собой состояние дел на момент экспертизы написанной статьи. Мы добавили ещё материала для конференции IEEE на прошлой неделе. Мы хотим, чтобы процесс работы был открытым и публичным, и готовы принять любые комментарии.

У нас есть очень опытная и способная команда по работе над траекторией, и нам известны большинство доступных технологий и вариантов траектории. Мы исследовали связанные аспекты, когда те были актуальны, отбросили некоторые, по нашему мнению не подходящие, и оставили другие для более позднего анализа.

Мы предлагаем следующие ответы на некоторые из вопросов, обозначенных Уинго:

 

Точность возвращения на Землю

Наш анализ позвращения в настоящее время неполон. Нам известно о проблеме, но наши текущие данные не позволяют оценить требования к точности спуска. Если нам потребуется необычно высокая точность, мы полагаем, что она может быть достигнута. Это будет сложно, нацеливание в космосе всегда сложно. У нас будет много времени, чтобы скорректировать траекторию на обратном пути к Земле, со всеми ресурсами, доступными на Земле, полезными, чтобы сделать всё правильно. Мы скооперируемся со специалистами NASA (из лаборатории реактивного движения, космического центра имени Джонсона и др.), способными решить эти проблемы. Скооперируемся такими же путями, как уже было с NASA.

 

Недостаточный обитаемый объём.

Это решаемая задача. В статье она не обсуждается, но у наших инженеров есть несколько вариантов.

 

Траектория Земля-Венера-Марс-Земля из статьи 2002 года авторов Окуцу и Логунски

Траектория по Окуцу и Логунски из статьи 2002 года Mars Free Returns via Gravity Assist From Venus (Возвращение с Марса

Траектория Земля-Венера-Марс-Земля

Траектория Земля-Венера-Марс-Земля (на момент возвращения на Землю)

с использованием гравитации Венеры), требует запуска на 10 месяцев раньше, чем мы планируем. Мы смоделировали её и много других подобных траекторий. Эта траектория проходит глубоко внутри орбиты Венеры, вплоть до 0,56 астрономических единиц. (Орбита Венеры составляет около 0,7 астрономических единиц). По энергии, эта траектория лучше выбранной нами, а скорости возвращения идентичны. Чрезмерные требования теплоизоляции и сроки такой миссии заставили её отбросить.

 

Гравитационный манёвр

Уинго упоминает траектории из статьи Бонфиглио, Логунски и Вина, названной Automated Design of Aerogravity Assist Trajectories (Автоматическая разработка траекторий с гравитационными манёврами). Эти траектории требуют такого аэродинамического качества летательного аппарата (L/D, D – коэффициент лобового сопротивления, L – коэффициент подъёмной силы), которое не доступно ни на одном из аппаратов, из тех, что мы рассматриваем (капсула Аполлона имела L/D ~ 0,38, у Dragon или CST-100 будут сопоставимые с ним параметры). В упомянутой статье требуется L/D между 1 и 7. Наш аппарат будет иметь капсулу в верхней части и надувной модуль, который будет на корабле, когда он достигнет Марса. Не представляется возможным для такой конструкции иметь отношение L/D, необходимое для гравитационного маневра. Гравитационные манёвры не рассматривались.

 

Траектория Земля-Венера-Марс-Земля из статьи Фостера и Дэниэлса

Уинго также упоминает траекторию из статьи Фостера и Дэниэлса, Mission Opportunities for Human Exploration of Nearby Planetary Bodies (Возможности по проведению миссий на ближайших космических телах). Эта траектория является разновидностью траекторий, описанных в статье 2002 года авторами Окицу и Логунски с тем же самым окном запуска, но оптимальной энергией, достижимой при запуске двигателей в межпланетном пространстве. Такой запуск двигателей — ещё одна проблема этой миссии, в дополнение к вопросам нагрева и графика, упомянутым ранее. Траектория не была рассмотрена из-за этих вопросов.

 

Облёт Луны.

Хотя облёт Луны может быть использован для экономии ресурсов на достижение нужной скорости, он потребует внесения изменений в любую доступную в настоящее время конструкцию разгонного блока. Разгонные блоки предназначены для быстрого использования на орбите вокруг Земли, и не имеют возможности (в настоящее время) работать более нескольких часов после запуска. Траектория с облётом Луны требует от разгонного блока сначала выйти на траекторию к Луне, затем несколько раз скорректировать траекторию, и, наконец, включить двигатели около Луны, чтобы выйти на орбиту к Марсу. Это потребует больших модификаций разгонного блока, и работы двигателей при облёте Луны. Хоть мы, безусловно, способны планировать такие траектории, но в настоящее время не рассматриваем этот вариант в рамках генеральной линии.

 

Использование Falcon Heavy

SpaceX подтвердили наши данные о зависимости удельной энергии из статьи для IEEE в нескольких обсуждениях и, таким образом, единственным вариантом запуска миссии на Falcon Heavy стал наш базовый вариант из статьи. Мы в настоящее время рассматриваем Falcon Heavy, а также несколько других вариантов запуска, в том числе двухпусковый вариант от United Launch Alliance.

Этот вариант похож на тот, что в настоящее время изучается компанией Golden Spike.

Предполагаемая траектория 2018 года

Предполагаемая траектория 2018 года (на момент возвращения на Землю)

Мы также рассматриваем вариант со Space Launch System и Delta Cryogenic Second Stage.

Наш нынешний выбор по-прежнему являет собой самый простой вариант: с наименьшим количеством возможных запусков, одним облётом, без работы двигателей в межпланетном пространстве (кроме манёвров по коррекции траектории), и никаких облётов Луны.

У нас есть несколько резервных траекторий и стратегий запуска на случай, если какое-либо из положений придётся пересматривать.

Наша цель состоит в том, чтобы, придерживаясь простейшего плана миссии, выполнить эту работу.

 

Другие материалы о траектории Inspiration Mars

Траектория Inspiration Mars от центра имени Эймса, созданная Сирусом Фостером.

VDF файл с траекторией Inspiration Mars. Вам понадобится приложение STK Viewer App, которое можно найти здесь.

И, конечно же, анимация Inspiration Mars.

 

Источник