Неестественные орбиты спутников обходят стороной законы кеплера
Эта необычная работа в области перемещения неестественных спутников уходит корнями в 1984 год. Тогда один исследователь на кончике пера вывел необычный класс орбит, оставляющих с носом хорошую небесную механику.
В то время над новатором посмеялись, но сейчас, уже по окончании смерти учёного, его последователи продемонстрировали, кто на деле будет смеяться последним.
Потому, что геостационарная орбита заполнена достаточно хорошо, а вероятное число точек стояния на ней ограничено (спутники нельзя подводить сколь угодно близко друг к другу), открытие других орбит, владеющих особенностями геостационарной, может придать космической отрасли настоящий скачок.
Более четверти века назад американский физик Роберт Нападающий (Robert L. Forward) объявил, что при помощи маленькой, но постоянной тяги, к примеру от солнечного паруса, космический аппарат возможно поместить на некеплеровую орбиту (NKO), либо так именуемую левитирующую смещённую орбиту (levitated displaced orbit). Её плоскость не проходит через центр весов Почвы, а параметры не определяются лишь только силой притяжения.
Геостационарная орбита эргономична тем, что спутник на ней вращается с той же угловой скоростью, что и Почва, – аппарат остаётся над одной и той же точкой земной поверхности (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
В частности, левитирующие смещённые орбиты смогут проходить параллельно плоскости экватора, но на 10-50 километров выше либо ниже геостационарной орбиты, считая направление на протяжении земной оси, к северу или югу.
В 1980-х большая часть учёных посчитали, что подобные орбиты – совсем неосуществимы в силу многих неприятностей с динамической стабильностью объекта.
И вот сейчас аспирант Шахид Баиг (Shahid Baig) и доктор наук Колин Макиннес (Colin McInnes), глава лаборатории передовых космических концепций университета Стратклайда (Advanced Space Concepts Laboratory), посредством узких расчётов доказали – Нападающий однако был прав!
Английские учёные посчитали оптимальные траектории вывода спутников на орбиты типа NKO.
Разнообразные их виды, кстати, могут быть крайне полезными для развёртывания космических электростанций.Ещё NKO понадобятся, например, для ретрансляторов, помогающих приобретать сигналы от спутников, трудящихся около вторых планет, в те моменты, в то время, когда такая планета и Земля выясняются совершенно верно по различные стороны от Солнца и передача прерывается (иллюстрация Jeannette Heilingers, Advanced Space Concepts Laboratory/University of Strathclyde).
Учёные создали целое семейство орбит типа NKO, продемонстрировав, что находящийся выше либо ниже фиксированной точки на геостационаре спутник с солнечным парусом будет выполнять сложное нелинейное перемещение. Но не смотря на то, что его траектория окажется хороша от совершенной окружности, около планеты он будет обращаться точно за 24 часа, что и требуется для связи.
(Подробности авторы работы изложили в статье, которая будет издана в Journal of Guidance, Control and Dynamics, её препринт возможно отыскать тут.)
Орбита, протянувшаяся параллельно относительно плоскости геостационара, всё равняется может остаться по сути «геостационарной», другими словами спутник будет виден в конкретной местности всё время в одной точке небосвода (иллюстрация Shahid Baig, Colin R. McInnesy/University of Strathclyde).
Стабильное перемещение спутника по NKO возможно обеспечить одним парусом, маломощной, но действенной электроракетной совокупностью либо сочетанием обоих устройств. До недавнего времени интерес к таким вычислениям был не через чур большой, потому, что та же разработка солнечных парусов была в зачаточном состоянии.
Но в первых числах Июля 2010 года случилось достаточно знаменательное событие: Японское космическое агентство заявило, что точное слежение за парусником IKAROS разрешило подтвердить наличие у него ускорения от давления солнечного света.
Тяга от паруса была равна 1,12 миллиньютона, и она близка к расчётной. (Мы детально освещали проект IKAROS, старт аппарата, получение и развёртывание паруса его занимательного автопортрета.)
Наличие тяги от давления света обосновывает изменение скорости, определённое с высокой точностью.
Это практически первая реально состоявшаяся проверка идеи солнечного паруса в истории (красная наклонная линия на графике) (иллюстрация JAXA).
Аномальные орбиты NKO возможно выстроить и около вторых планет, и около самого Солнца. В частности, солнечный парус теоретически разрешает создать статит (Statite), изобретённый снова же Нападающим.
Таковой спутник обращается около Солнца по кругу, на расстоянии одной астрономической единицы и ровно за год, но лишь в плоскости, не проходящей через центр отечественной звезды!
А за счёт этого он может без движений висеть высоко над одним из полюсов Почвы, что обеспечило бы такому аппарату новые возможности для связи либо мониторинга климата.
Орбита статита похожа на земную околосолнечную «тропинку», но перемещена вверх (либо вниз) параллельно плоскости эклиптики (иллюстрация Robert Forward).
Этими так называемыми полярно-стационарными орбитами несколько учёных из университета Стратклайда также занялась хорошо, рассчитывая значительно развить собственное мастерство определения наилучших параметров NKO, и законов управления ориентацией солнечного паруса. Так как он обязан снабжать стабильность таких орбит, с позиций небесной механики — «неестественных аномалий».
