ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КА С ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ ПОЛЕТА К ПЛАНЕТЕ МЕРКУРИЙ

© М.С.Константинов, Г.Г.Федотов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
1998 г.

Приводится анализ транспортных возможностей экспедиции к Меркурию с использованием электроракетных двигателей. Рассматривается использование ракеты-носителя "Протон". Ракета-носитель осуществляет выведение КА на промежуточную околоземную орбиту. Химический разгонный блок типа "ДМ" обеспечивает выход на гелиоцентрическую траекторию перелета. Дальнейшие операции вплоть до выхода на орбиту искусственного спутника Меркурия поддерживаются электроракетным транспортным модулем. Этот модуль может быть оснащен ионными двигателями типа "ESA-XX" или плазменными двигателями типа М200 (М140). Энергетическая установка электроракетного транспортного модуля может быть солнечной (с фотоэлектрическими преобразователями) или ядерной (типа "Топаз").

В работе показана возможность доставки к Меркурию значительных масс полезного груза, что позволяет выполнять широкий диапазон научных исследований планеты Меркурий. Приводятся результаты анализа по влиянию на эффективность экспедиции типа различных систем электроракетного транспортного модуля и характеристик этих систем.

Оптимальным типом энергетической установки для Рассматриваемой транспортной задачи является солнечная энергетическая установка. Оптимальным типом электроракетных двигателей являются ионные двигатели типа ESA-XX.

Для рассматриваемой модели КА и его систем оптимальная величина мощности энергетической установки оказывается очень большой (более 50 кВт), что вряд ли реализуемо с учетом габаритных, динамических и других ограничений.

Оптимальное значение удельной тяги электроракетного двигателя зависит от времени полета, удельных характеристик энергетической установки, При времени полета 550 суток и удельной массе энергетической установки 34 kg/kW оптимальное значение удельной тяги равно 5400 с. Масса, доставляемая на орбиту спутника Меркурия, при этом равна 700 кг.

При уменьшении времени перелета оптимальное значение удельной тяги уменьшается. Так, при времени полета 480 суток оптимальная удельная тяга двигателя около 5100 с, а масса на орбите спутника Меркурия равна 580 кг.

Проведенный анализ показывает принципиальную возможность реализации проекта КА для исследования Меркурия при использовании ракеты-носителя "Протон", химического разгонного блока "Д" и солнечной электроракетной двигательной установки на базе ионных двигателей типа ESA-XX. Масса полезного груза, доставляемая в окрестность Меркурия, может быть более 1 тонны, что позволяет не только выйти на орбиту около Меркурия, но и осуществить посадку на его поверхность и доставку образцов грунта на Землю.