Войти
Это стилизованное изображение ITN разработано, чтобы показать его (часто запутанный) путь через Солнечную систему. Зеленая лента представляет собой один путь из многих, которые математически возможны по поверхности более темной зеленой ограничительной трубки. Места, в которых лента резко меняет направление, представляют собой изменения траектории в точках Лагранжа, а суженные области представляют собой места, где объекты задерживаются на временной орбите вокруг точки, прежде чем продолжить движение. Межпланетная транспортная сеть (ITN ) представляет собой совокупность гравитационно определенных путей через Солнечную систему, для которых требуется очень мало энергия для объекта, за которым следует. В ITN особенно используются точки Лагранжа как места, где траектории с через пространство могут быть перенаправлены с малым расходом энергии или без нее. У этих точек есть своеобразное свойство: они позволяют объектам вращаться вокруг себя, несмотря на отсутствие объекта на орбите. Хотя для этого потребуется мало энергии, транспортировка по сети займет много времени.
Орбиты межпланетных переходов являются решениями гравитационной задачи трех тел, которая в целом случае, не имеет аналитических решений и рассматривается с помощью приближений численного анализа. Однако существует небольшое количество точных решений, в первую очередь пять орбит, называемых «точками Лагранжа », которые являются орбитальными решениями для круговых орбит в случае, когда одно тело значительно массивнее.
Ключом к открытию Межпланетной транспортной сети было исследование природы извилистых путей около точек Лагранжа Земля-Солнце и Земля-Луна. Впервые они были исследованы Жюлем-Анри Пуанкаре в 1890-х годах. Он заметил, что пути, ведущие в любую из этих точек и из них, почти всегда на какое-то время устанавливались на орбите вокруг этой точки. Фактически существует бесконечное количество путей, ведущих к точке и от нее, и все они требуют почти нулевого изменения энергии для достижения. При нанесении на график они образуют трубу с орбитой вокруг точки Лагранжа на одном конце.
Получение этих путей восходит к математикам Чарльзу К. Конли и в 1968 году. Hiten, первый лунный зонд в Японии, был перемещен на лунную орбиту с использованием аналогичной идеи в природу путей между Землей и Луной. Начиная с 1997 года Мартин Ло и другие написали серию статей, определяющих математическую основу, которая применила этот метод к возвращению образца солнечного ветра, а также к лунным и юпитерианским данным. миссии. Они назвали его Межпланетной супермагистралью (IPS).
Как оказалось, очень легко перейти от пути, ведущего к точке, к пути, ведущему обратно. Это имеет смысл, поскольку орбита нестабильна, что означает, что человек в конечном итоге окажется на одном из исходящих путей, не тратя вообще энергии. Эдвард Белбруно ввел термин «граница слабой устойчивости» или «нечеткая граница» для этого эффекта.
Тщательно посчитав, можно выбрать, какой исходящий путь ему нужен. Это оказалось полезным, поскольку многие из этих путей ведут к некоторым интересным точкам в космосе, таким как Луна Земли или между галилеевыми лунами на Юпитере. В результате, из-за стоимости достижения точки Земля - Солнце L2, что является довольно низкой энергетической ценностью, можно добраться до ряда очень интересных точек за небольшое количество дополнительного топлива или вообще без него Стоимость. Но путешествие с Земли на Марс или в другие отдаленные места, вероятно, займет тысячи лет.
Транспортировка настолько низкоэнергетична, что позволяет путешествовать практически в любую точку Солнечной системы. С другой стороны, эти переводы очень медленные. Для путешествий с Земли на другие планеты они бесполезны для пилотируемых или беспилотных зондов, так как путешествие заняло бы многие поколения. Тем не менее, они уже использовались для переброски космического корабля к точке L1 Земля – Солнце, полезной точке для изучения Солнца, которая использовалась в ряде недавних миссий, в том числе в миссии Genesis, первой вернуть на Землю образцы солнечного ветра. Сеть также важна для понимания динамики Солнечной системы; комета Шумейкера – Леви 9 следовала по такой траектории на своем пути столкновения с Юпитером.
ИНН - это основан на серии орбитальных траекторий, предсказанных теорией хаоса и ограниченной задачей трех тел, ведущих к и от орбит вокруг точек Лагранжа - точек в пространстве, где гравитация между различными телами уравновешивается центробежной силой объекта. Для любых двух тел, в которых одно тело вращается вокруг другого, таких как система звезда / планета или планета / луна, есть пять таких точек, обозначенных с L1 по L5. Например, точка Земля – Луна L1 лежит на линии между ними, где гравитационные силы между ними точно уравновешиваются с центробежной силой объекта, находящегося на этой орбите. Эти пять точек имеют особенно низкие требования дельта-v и, по-видимому, представляют собой передачи с наименьшей возможной энергией, даже ниже, чем обычная переходная орбита Хомана, которая преобладала в орбитальной навигации с самого начала. космических путешествий.
Хотя силы уравновешиваются в этих точках, первые три точки (те, что находятся на линии между определенной большой массой, например, звездой, и меньшей массой на орбите, например, планета ) не являются стабильными точками равновесия. Если космическому аппарату , помещенному в точку Земля-Луна L1, дать хотя бы небольшое отклонение от точки равновесия, траектория космического аппарата отклонится от точки L1. Вся система находится в движении, поэтому космический корабль на самом деле не столкнется с Луной, а будет двигаться по извилистой траектории в космос. Однако существует полустабильная орбита вокруг каждой из этих точек, называемая гало-орбитой. Орбиты для двух точек, L4 и L5, стабильны, но орбиты гало с L1 по L3 стабильны только порядка месяцев.
В дополнение к орбитам вокруг Точки Лагранжа, богатая динамика, возникающая из-за гравитационного притяжения более чем одной массы, дают интересные траектории, также известные как низкоэнергетические передачи. Например, гравитационная среда системы Солнце-Земля-Луна позволяет космическим кораблям преодолевать большие расстояния при очень небольшом количестве топлива, хотя часто и обходным путем.
Запущенный в 1978 году космический корабль ISEE-3 был отправлен на орбиту вокруг одной из точек Лагранжа. Космический корабль смог маневрировать вокруг Земли, используя небольшое количество топлива, благодаря уникальной среде гравитации. После завершения основной миссии ISEE-3 приступил к выполнению других задач, включая полет через геомагнитный хвост и пролет кометы. Впоследствии миссия была переименована в International Cometary Explorer (ICE).
Первой передачей низкой энергии с использованием того, что позже будет называться ITN, была спасательная операция Японии Hiten на Луну в 1991 году.
Другим примером использования ITN была миссия НАСА 2001–2003 Genesis, которая вращалась вокруг точки Солнце-Земля L1 более двух лет, собирая материал, прежде чем была перенаправлена. в точку L2 Лагранжа и, наконец, перенаправили оттуда обратно на Землю.
В 2003–2006 гг. SMART-1 Европейского космического агентства использовался другой низкий передача энергии от ITN.
В более свежем примере китайский космический корабль Chang'e 2 использовал ITN для перемещения с лунной орбиты на Землю-Солнце. L2 точка, затем полет к астероиду 4179 Toutatis.
Путь астероида 39P / Oterma из-за пределов орбиты Юпитера внутрь, и назад наружу используется эти низкоэнергетические пути.
