Как побыстрее добраться до Марса и обратно к Земле

[MARS9]

Настолько мне известно беспилотным космическим кораблям нужно как правило около 7 месяцев для того чтоб добраться до Марса. Мне всегда хотелось знать почему так происходит? Что мешает например достичь Марса в течении 1 месяца? Да, я знаю что с химическими двигателями невозможно развить  скорость существенную больше чем 11,2 км сек, но что же мешает в принципе использовать Ионные Двигатели чтоб набрать скорость скажем 50 км\сек или еще больше? Как вычислять в какой срок будет достигать космический корабль Марса? Интересно есть ли такая программа-симулятор (на сайте NASA например) которая прямо, без сложных расчетов показал бы в какой срок можно бы долететь до Марса и обратно к Земле? Нынешний срок о котором всегда говорят два-три года это чересчур много. Еще интересует почему космических кораблей всегда запускают к Марсу не "прямо" как внизу показано:

а всегда под небольшим углом к Земной орбите?:

Ведь в первом случае космический корабль должен покрывать гораздо меньше расстояние чем во втором 

[Дмитрий Фролов]

Если сильно заинтересуетесь темой, рекомендую:
"Механика космического полета в элементарном изложении". Левантовский В.И.
Можно в сети скачать.

[oatcat]

Еще интересует почему космических кораблей всегда запускают к Марсу не "прямо"

Потому что корабль, еще находясь на стартовом столе, уже движется со скоростью около 30 км/с относительно Солнца.

[Belll]

Если сильно заинтересуетесь темой, рекомендую:
"Механика космического полета в элементарном изложении". Левантовский В.И.
Можно в сети скачать.

Да, у Левантовского можно найти практически исчерпывающие ответы на все поставленные вопросы. Только надо отметить, что "элементарность изложения" там все-таки для уже достаточно подготовленных читателей, учебник-то для вузов. Так что придется внимательно читать, кое-что вспоминать, а кое-что и узнавать заново. Благо книга написана весьма доступным языком и не перегружена высшей математикой.

[Welkney]

Проблема, как было уже указано выше в наличии орбитальной скорости относительно Солнца но не только Земли, но и Марса.
Планеты все время движутся и обычно с Земли аппарат вылетает заранее, до точкинаибольшего сближения.
Кроме того нужно учитывать проблему не только как покинуть Землю, но и как затормозиться возле Марса чтобы не "проскочить" мимо.
При этом наиболее важный вопрос - это количество топлива и мощность двигателей необходимые для всех этих манервов.
На мой взгляд существенно увеличить скорости достаточно сложно. Для этого нужно иметь по сравнению с нынешними апаратами очень большой запас энерговооруженности. Допустим разогнались мы до 50км/с летим к Марсу по самой короткой траектории... На такой скорости мы не можем рассчитывать даже на возможность аэродинамического торможения. Нужно тормозить двигателями и тратить практически тоже количество топлива что и на разгон с земной орбиты.
При нынешней мощности ионных двигателей это вообще малореально. Нужны действительно "крутющие" железки, тонны тяги.
На мой взгляд единственная реальная альтернатива (на нынешнем этапе развития технологий) для пилотируемых полетов ядерный двигатель.

[oatcat]

Книгу Левантовского в djvu скачал здесь.

[Erinnerung]

Вот чего не пойму, так это как это относится к новостям?

[juseppe]

но что же мешает в принципе использовать Ионные Двигатели чтоб набрать скорость скажем 50 км\сек или еще больше?

А сколько лет ионный двигатель будет разгонять КА до 50 км/с?..

Опять же, ионников таких не очень-то и есть: движки на "Down" (не самые отсталые) придадут ему едва 7 км/сек... (По другим данным, свыше 10, но не 100 же!)

[MARS9]

juseppe

А сколько лет ионный двигатель будет разгонять КА до 50 км/с?..

Опять же, ионников таких не очень-то и есть: движки на "Down" (не самые отсталые) придадут ему едва 7 км/сек...

Почему ионный двигатели работают так медленно? 

oatcat

Потому что корабль, еще находясь на стартовом столе, уже движется со скоростью около 30 км/с относительно Солнца.

А в этом подходе как будет корабль летать на Марс (траекторию и необходимое время имею в виду):
"скорость подгоняемого им космического корабля может достигнуть 11,7 км/с, или около 1 млн км в день. Правда, при такой скорости до Марса при среднем расстоянии до него в 77 млн км удастся долететь, соответственно за 77 дней"
http://www.rol.ru/news/misc/spacenews/04/10/19_005.htm
наверно здесь имеется в виду "прямая" траектория?

[AstroNick]

А в этом подходе как будет корабль летать на Марс (траекторию и необходимое время имею в виду):
"скорость подгоняемого им космического корабля может достигнуть 11,7 км/с, или около 1 млн км в день. Правда, при такой скорости до Марса при среднем расстоянии до него в 77 млн км удастся долететь, соответственно за 77 дней"
http://www.rol.ru/news/misc/spacenews/04/10/19_005.htm
наверно здесь имеется в виду "прямая" траектория?

77 млн. км - это расстояние между Землёй и Марсом во время среднего противостояния. Т.е., это действительно "прямое" расстояние. Но, возможно, в цитате под скоростью 11.7 км/с подразумевается дополнительная радиальная составляющая скорости, придаваемая КА непрерывно действующим пучком. Тогда траектория КА будет некеплеровской, в виде более или менее изогнутой дуги (форма зависит от темпов набора скорости). Конечно, полная скорость КА тогда будет существенно больше указанных 11.7 км/с (поскольку в неё входят и орбитальная скорость Земли, и орбитальная скорость самого КА в момент схода с околоземной орбиты), поэтому и Марса он достигнет быстрее. 

В традиционных же запусках весь разгон осуществляется на начальном этапе, и дальше КА летит по инерции по дуге эллипса. Кстати, несложно прикинуть, сколько для такого полёта понадобится времени. Здесь задача-минимум - это выведение КА на эллиптическую орбиту с перигелием в районе земной орбиты и афелием - на орбите Марса. Если для экономии приурочить полёт к великому противостоянию, то большая полуось такой орбиты составит (1.37+1)/2=1.18 а.е., а период обращения - 1.3 года, т.е. полпериода (время полёта от перигелия к афелию, т.е. от Земли к Марсу) составит чуть меньше 8 месяцев! Вот откуда берутся 7 месяцев, упомянутые в первом посте темы.

[kress]

Допустим разогнались мы до 50км/с летим к Марсу по самой короткой траектории... На такой скорости мы не можем рассчитывать даже на возможность аэродинамического торможения.

Что Вы подразумеваете под аэродинамическим торможением? Полет по инерции и постепенное торможение в открытом космосе?

[juseppe]

juseppe

А сколько лет ионный двигатель будет разгонять КА до 50 км/с?..
Опять же, ионников таких не очень-то и есть: движки на "Down" (не самые отсталые) придадут ему едва 7 км/сек...

Почему ионный двигатели работают так медленно? 

Что есть, то есть - где-то (ЕМНИП, в издании "Библиотечки КВАНТ" "Физика полёта") попадался расчёт: даже в идеале ионник не выдаст тяги больше 10Н на 1м² поперечного сечения. Это при труднодостижимом напряжении между ускоряющими сетками 1,5 мегавольт...

[juseppe]

Что Вы подразумеваете под аэродинамическим торможением? Полет по инерции и постепенное торможение в открытом космосе?

Дык аэродинамическое - оно и в Африке на Марсе аэродинамическое: об атмосферу-матушку, тепловыми щитками... Иначе надо во много раз увеличивать количество топлива (рабочего тела).

[Д.И.В.]

Очень рекомендую всем, кто не видел, серьёзно:

http://www.youtube.com/watch?v=KHAsRjcLP4o&feature=watch_response_rev

Хоть и анимация, но впечатляет. До чего американцы уже дошли.

[Д.И.В.]

вообще же самый близкий путь - во время Великих противостояний. Один раз в 15 лет примерно. Но межпланетные миссии редко идут по прямой. Вон Кассинии, так тот вообще сначала к Венере полетел, хотя ему нужно было в другую сторону вообще, к Сатурну через Юпитер. Это он так полетел для того чтобы использовать гравитацию Венеры, а потом и Земли - для разгона. 

[MARS9]

Д.И.В
Ну в случае "Кассини" это потому что он же НЕ использовал Ионные двигатели которые в принципе могли бы дать кораблю большие скорости.

juseppe

Что есть, то есть - где-то (ЕМНИП, в издании "Библиотечки КВАНТ" "Физика полёта") попадался расчёт: даже в идеале ионник не выдаст тяги больше 10Н на 1м2 поперечного сечения. Это при труднодостижимом напряжении между ускоряющими сетками 1,5 мегавольт...

То есть это означает что невозможно создать мощный Ионный двигатель тяга у которого был ну скажет 10 тонн? Чтоб он (то есть корабль с такими двигателями) свободно стартовал с поверхности Земли?

[MARS9]

А в этом подходе как будет корабль летать на Марс (траекторию и необходимое время имею в виду):
"скорость подгоняемого им космического корабля может достигнуть 11,7 км/с, или около 1 млн км в день. Правда, при такой скорости до Марса при среднем расстоянии до него в 77 млн км удастся долететь, соответственно за 77 дней"
http://www.rol.ru/news/misc/spacenews/04/10/19_005.htm
наверно здесь имеется в виду "прямая" траектория?

В традиционных же запусках весь разгон осуществляется на начальном этапе, и дальше КА летит по инерции по дуге эллипса. Кстати, несложно прикинуть, сколько для такого полёта понадобится времени. Здесь задача-минимум - это выведение КА на эллиптическую орбиту с перигелием в районе земной орбиты и афелием - на орбите Марса. Если для экономии приурочить полёт к великому противостоянию, то большая полуось такой орбиты составит (1.37+1)/2=1.18 а.е., а период обращения - 1.3 года, т.е. полпериода (время полёта от перигелия к афелию, т.е. от Земли к Марсу) составит чуть меньше 8 месяцев! Вот откуда берутся 7 месяцев, упомянутые в первом посте темы.

Если я это все правильно понял и если я хорошо помню физику и астрономию то здесь вы написали что когда корабль летит к Марсу в течении 7 месяцев то его скорость равна примерно 41 км\сек, правильно? То есть орбитальная скорость Земли=30 км\сек, плюс к этому вторая космическая скорость-11,2 км\сек и получается примерно 41 км\сек. С этой скоростью корабли обычно летят к Марсу в течении примерно 7 месяцев , все верно?

[Д.И.В.]

А вот это просто без всяких комментариев. Если эта анимация близка к действительности - американцы просто обогнали в исследованиях дальнего космоса нас лет на 100 как минимум. тоже советую посмотреть кто не видел еще, я только увидел вот недавно:

[AstroNick]

Если я это все правильно понял и если я хорошо помню физику и астрономию то здесь вы написали что когда корабль летит к Марсу в течении 7 месяцев то его скорость равна примерно 41 км\сек, правильно? То есть орбитальная скорость Земли=30 км\сек, плюс к этому вторая космическая скорость-11,2 км\сек и получается примерно 41 км\сек. С этой скоростью корабли обычно летят к Марсу в течении примерно 7 месяцев , все верно?

Нет, это не так! Орбитальная скорость Земли (30 км/с) действительно передаётся КА, но 11.2 км/с, необходимые для отрыва от Земли, большей частью "съедаются" притяжением Земли при удалении от неё КА! Поэтому правильнее сказать, что после отрыва от Земли КА будет иметь скорость, немного большую орбитальной скорости Земли, благодаря чему и будет двигаться по эллиптической орбите с перигелием и Земли и афелием у Марса. Естественно, по мере приближения к Марсу (и, соответственно, удаления от Солнца), скорость КА будет постепенно уменьшаться.

[Птыц]

То есть это означает что невозможно создать мощный Ионный двигатель тяга у которого был ну скажет 10 тонн? Чтоб он (то есть корабль с такими двигателями) свободно стартовал с поверхности Земли?

Вот, например ЭРДУ, производимые в России: ОКБ Факел. Для создания тяги используется эффект Холла.