Сотрудники отдела небесной механики и астрометрии НИИ ПММ ТГУ завершили реализацию проекта, результаты которого важны для выполнения существующих и планируемых космических миссий. В частности, ученые построили динамическую структуру орбитального пространства Луны и определили обширную область, в которой время жизни спутников ограничено. Наряду с этим исследователи получили данные, необходимые для планирования космических миссий к астероидам. Проект поддержан Научным фондом ТГУ им. Д.И. Менделеева.
– Человечество активно осваивает космос. Количество миссий, направляемых к большим и малым объектам Солнечной системы, растет с каждым годом, – говорит руководитель отдела небесной механики и астрометрии НИИ ПММ, профессор кафедры астрономии и космической геодезии ТГУ Татьяна Бордовицына. – Чтобы увеличить процент успешных полетов, необходимы фундаментальные данные о динамических процессах в околоземном и окололунном космическом пространствах.
В рамках проекта ученые построили динамическую структуру окололунного пространства, рассмотрели действие основных возмущающих сил – сжатия Луны, Земли и Солнца – и исследовали орбитальную эволюцию 5180 окололунных объектов на интервале в 10 лет. В результате удалось выделить большую область, где время жизни спутников очень ограничено и составляет не более двух лет, причем приполярные спутники живут еще меньше.
По итогам исследования получены четкие данные, где такие системы размещать не стоит, и выделены области, которые перспективны для дальнейшего анализа по размещению в них спутниковых систем долговременного использования. Новые данные важны и для разработки стратегии утилизации отработавших космических аппаратов (КА). Полученные результаты обсуждаются на конференциях, в том числе с представителями структур, связанных с разработкой спутниковых систем.
Выбор неправильной локации спутника может приводить к сбоям в его работе либо и вовсе потере космического аппарата. Так, например, КА «Луна-3», запущенный в 1959 г. с целью фотографирования обратной стороны Луны на орбиту, которая охватывала Землю и Луну, сделал всего 11 оборотов и упал на Землю из-за стремительного роста эксцентриситета орбиты. Анализ показал, что это произошло потому, что орбита была сильно наклонена к плоскостям орбит Земли и Луны и имела большой эксцентриситет.
Одной из задач проекта было исследование динамики астероидов с малыми перигелийными расстояниями (минимальное расстояние от астероида до Солнца в процессе его движения по орбите). Этот фактор актуален с точки зрения астероидной опасности, поскольку такие объекты могут приближаться со стороны Солнца и обладают большими скоростями.
– Если астероид движется со стороны Солнца, но на небе он находится недалеко от него, т.е. сближение или столкновение происходит в светлое время суток, это делает невозможным наземные наблюдения, – объясняет сотрудник отдела небесной механики и астрометрии НИИ ПММ, доцент кафедры астрономии и космической геодезии Татьяна Галушина. – Характерный пример – Челябинское событие: падение астероида произошло в 9 утра, и он был обнаружен только в момент входа в атмосферу.
Другим фактором, снижающим возможность точного прогнозирования движения астероидов, является эффект Ярковского –появление слабого реактивного импульса за счет теплового излучения от нагревающейся днем и остывающей ночью поверхности астероида. Эффект является причиной того, что число астероидов, достигших Земли, больше, чем следовало из прежних расчетов.
Результаты исследований ТГУ позволили определить параметры эффекта Ярковского и оценить его влияние на движение целого класса объектов. Полученные результаты могут быть применены для планирования космических миссий к малым небесным телам, в частности, для отработки процесса посадки на астероид. Наряду с этим новые данные помогут в разработке высокоточного алгоритмического и программного обеспечения этих миссий.
Космические миссии к астероидам – дело настоящего. В частности, в текущее время Японское агентство аэрокосмических исследований осуществляет миссию «Хаябу́са-2» к астероиду 162173 Рюгу. В будущем планируется миссия к астероиду Фаэтон, который в числе прочих был предметом исследований ученых ТГУ. Космические миссии позволяют получить сведения о поверхности и составе астероидов, отработать процесс посадки на астероид.
Добавим, что все методики и программное обеспечение, используемое учеными в исследованиях, были разработаны сотрудниками кафедры и отдела либо ранее, либо в процессе выполнения проектов, окончание которых намечено на 2019 год.
Отдел небесной механики и астрометрии ТГУ занимается исследованием динамики малых небесных тел Солнечной системы, его сотрудники разрабатывают собственные методы вычисления, помогающие точно определять траектории движения небесных тел.
Два сотрудника отдела – д.ф.м.н., завотделом Татьяна Бордовицына и кандидат ф.м.н., старший научный сотрудник Татьяна Галушина – входят в экспертную рабочую группу по космическим угрозам – федеральную структуру, объединяющую ведущих специалистов в этой области.