Le mathématicien de l'Université RUDN a proposé une méthode de calcul de la trajectoire optimale d'engins spatiaux à propulsion électrique, dont la poussée est des milliers de fois inférieure à celle d'un chimique, mais il est capable de fonctionner pendant des années. Ces moteurs sont les mieux adaptés aux missions interplanétaires. Les mathématiciens ont calculé les paramètres de vol de la sonde spatiale avec un tel moteur vers Mars et Mercure. L'article est publié dans la revue Recherche cosmique .

Les moteurs de fusée chimiques créent une grande poussée, ce qui permet de mettre des tonnes de cargo en orbite pendant quelques minutes. À la fois, une énorme quantité de carburant est consommée. Une fois le vaisseau spatial dans l'espace, une grande poussée devient inutile, en particulier pour les stations interplanétaires automatiques qui peuvent voler jusqu'à leur destination pendant des années.

Un système de propulsion électrique (EPS) est mieux adapté à de telles missions. Le propulseur dans un système de propulsion électrique est un gaz ionisé, qui est accéléré dans un champ magnétique. En raison de la faible consommation du propulseur, l'EPS est capable de travailler très longtemps.

"En raison des faibles niveaux de poussée de l'EPS, il ne peut être utilisé le plus efficacement qu'à des distances suffisamment grandes des objets attirant (planètes ou lunes massives), c'est à dire., dans les vols interplanétaires, ", explique le mathématicien Alexey Ivanyukhin.

Selon lui, dans le cas de l'utilisation d'EPS à proximité d'un corps massif, l'accélération du jet disponible peut être extrêmement faible par rapport à l'accélération gravitationnelle - au niveau de 10 ^-5 -dix ^-4 . Mais sur les trajectoires interplanétaires, le niveau d'accélération du jet de l'EPS n'est pas très inférieur à la gravité du soleil, et leur rapport peut être de 10 ^-2 -dix ^-1 .

Alexey Ivanyukhin a rappelé que pour l'exploration du système solaire au tournant du siècle, les EPS ont été utilisés comme système de propulsion principal. Les premiers de ces vaisseaux spatiaux étaient Deep Space 1 (un astéroïde et deux comètes survolant), Smart-1 (insertion en orbite lunaire), Hayabusa (livraison d'échantillons de sol de l'astéroïde Itokawa), Aube (vol consécutif vers les astéroïdes Vesta et Ceres).

Les mathématiciens de l'Université RUDN ont résolu le problème de l'optimisation de la trajectoire des engins spatiaux avec EPS. Ils ont déterminé la masse utile maximale possible de l'engin spatial et les caractéristiques optimales du système de propulsion, le plus adapté à chacune des missions envisagées.

Un modèle élargi des systèmes spatiaux et des caractéristiques spécifiques reflétant le niveau actuel de la technologie (par exemple, rapport entre la masse du panneau solaire et la puissance électrique) ont été utilisés pour déterminer ces paramètres.

Les chercheurs ont envisagé des missions vers Mars et Mercure. Les calculs ont montré que la sonde spatiale avec EPS et avec les caractéristiques spécifiées pourra atteindre Mars en 350 jours à la date de début du 30 avril, 2035. Le transfert vers Mercure prendra environ 3000 jours.

Outre, les mathématiciens ont montré que pour une large classe de trajectoires, la valeur maximale de la masse utile de l'engin spatial est atteinte sur la trajectoire avec le moteur en marche constante, C'est, avec la poussée minimale possible nécessaire au vol.

"Cela suggère que l'augmentation de la poussée, ce qui réduira les coûts de carburant, est inefficace par rapport à l'augmentation de la masse requise du système de propulsion lui-même. Cela est dû au principal problème de l'exploration spatiale - le manque de sources d'énergie compactes et puissantes, ", explique Alexey Ivanyukhin.

Lui et ses collègues prévoient de poursuivre leurs recherches dans cette direction.

"Par exemple, nous avons l'intention d'envisager des missions vers des astéroïdes pour livrer du sol ou des vols vers la lune. Il est possible d'envisager un modèle de fonctionnement plus détaillé de l'EPS ou des panneaux solaires. Les développeurs d'EPS et d'engins spatiaux sont intéressés par de telles études, " conclut Alexey Ivanyukhin.