Анализ траекторий перелета космического аппарата к Венере с пролетом астероидов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведено исследование энергетически малозатратных баллистических траекторий перелета космического аппарата к Венере с попутным пролетом астероидов. Показано, что при использовании схем, включающих гравитационный маневр, требуемый для доставки посадочного аппарата в заданный район на поверхности Венеры, возможен пролет хотя бы одного астероида. Всего было обнаружено 39 астероидов, пролет которых может быть осуществлен при старте в 2029–2050 гг. Проведен анализ достижимых районов посадки при перелете космического аппарата к Венере по траекториям данного типа. Показано, что в каждое из окон старта в период с 2029 по 2050 гг. можно найти астероид, пролет которого оказывается возможным в период времени между двумя сближениями космического аппарата с Венерой.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. А. Зубко

Институт космических исследований РАН

Author for correspondence.
Email: v.zubko@iki.rssi.ru
Russian Federation, Москва

Н. А. Эйсмонт

Институт космических исследований РАН

Email: v.zubko@iki.rssi.ru
Russian Federation, Москва

Р. Р. Назиров

Институт космических исследований РАН

Email: v.zubko@iki.rssi.ru
Russian Federation, Москва

К. С. Федяев

Институт космических исследований РАН; Московский авиационный институт

Email: v.zubko@iki.rssi.ru
Russian Federation, Москва; Москва

А. А. Беляев

Институт космических исследований РАН

Email: v.zubko@iki.rssi.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Боровин Г.К., Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Заславский Г.С., Захваткин М.В., Корянов В.В., Лавренов С.М., Морской И.М., Симонов А.В., Степаньянц В.А., Тучин А.Г., Тучин Д.А., Ярошевский В.С. Баллистико-навигационное обеспечение полетов автоматических космических аппаратов к телам Cолнечной системы. Химки: Изд-во НПО им. С.А. Лавочкина, 2018. 336 с.
  2. Боровин Г.К., Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Корянов В.В., Тучин А.Г. Полeты в системе Юпитера с использованием гравитационных манeвров около галилеевых спутников // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 2013. № 1. С. 32–72.
  3. Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Киселева И.П., Корянов В.В., Лавренов С.М., Тучин А.Г., Тучин Д.А. Баллистическое проектирование полетов к Венере в эпоху 2021–2028 гг. Области достижимости при посадке // Препринты ИПМ им М.В. Келдыша РАН. 2018. № 76. С. 1–28.
  4. Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Киселева И.П., Корянов В.В., Тучин А.Г., Тучин Д.А. Методика формирования больших наклонений орбит космических аппаратов с использованием гравитационных маневров // Докл. Академии наук. 2017. Т. 472. С. 403–406.
  5. Засова Л.В., Горинов Д.А., Эйсмонт Н.А., Коваленко И.Д., Аббакумов А.С., Бобер С.А. ВЕНЕРА-Д – проект автоматической станции для исследования Венеры // Вестн. НПО им. С.А. Лавочкина. 2018. Вып. 3. С. 13–17.
  6. Симонов А.В., Ковалева С.Д., Гордиенко Е.С., Поль В.Г., Косенкова А.В. Особенности проектирования траекторий перспективных космических аппаратов для исследования Венеры // Инженерный журнал: наука и инновации. 2021. № 10 (118). С. 7–30.
  7. Суханов А.А. Астродинамика. М.: Изд-во Институт космических исследований РАН, 2010. 202 с.
  8. Суханов А.А. Двойные облеты планеты. М.: Изд-во ИКИ РАН, 1993. 32 с.
  9. Эйсмонт Н.А., Засова Л.В., Симонов А.В., Коваленко И.Д., Горинов Д.А., Аббакумов А.С., Бобер С.А. Сценарий и траектория миссии “Венера-Д” // Вестн. НПО им. С.А. Лавочкина. 2018. Вып. 4. С. 11–18.
  10. Baskaran G., Bonthalapati A.S., Lewis J.D., Malone K.J., Ved H.M., Lyne J.E. A Survey of Mission Opportunities to Trans-Neptunian Objects – Part IV // AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conf. / Eds: Broschart S.B., Turner J.D., Howell K.C., Hoots F.R. Virginia: Am. Inst. Aeronautics and Astronautics, 2014. V. 64. 296 p.
  11. Belton M.J.S, Chapman C.R., Klaasen K.P., Harch A.P., Thomas P.C., Veverka J., McEwen A.S., Pappalardo R.T. Galileo’s encounter with 243 Ida: An overview of the imaging experiment // Icarus. 1996. V. 120. № 1. P. 1–19.
  12. Bolin B.T., Noll K.S., Caiazzo I., Fremling C., Binzel R.P. Keck and Gemini spectral characterization of Lucy mission fly-by target (152830) Dinkinesh // Icarus. 2023. V. 400 id. 115562.
  13. Carry B., Solano E., Eggl S., DeMeo F.E. Spectral properties of near-Earth and Mars-crossing asteroids using Sloan photometry // Icarus. 2016. V. 268. P. 340–354.
  14. DellaGiustina D., Golish D.R., Guzewich S., Moreau M., Nolan M.C., Polit A.T., Simon A.A. Osiris-APEX: A proposed OSIRIS-REx extended mission to Apophis // LPI Contrib. 2022. V. 2681. P. 2011.
  15. León J., Licandro J., Pinilla-Alonso N., Moskovitz N., Kareta T., Popescu M. Characterisation of the new target of the NASA Lucy mission: Asteroid 152830 Dinkinesh (1999 VD57) // Astron. and Astrophys. 2023. V. 672. id. A174.
  16. Eismont N.A., Zasova L.V., Simonov A.V., Kovalenko I.D., Gorinov D.A., Abbakumov A.S., Bober S.A. 2019. Venera-D mission scenario and trajectory // Sol. Syst. Res. 2019. V. 53. № 7. P. 578–585.
  17. Eismont N.A., Nazirov R.R., Fedyaev K.S., Zubko V.A., Belyaev A.A., Zasova L.V., Gorinov D.A., Simonov A.V. Resonant orbits in the problem of expanding accessible landing areas on the Venus surface // Astron. Lett. 2021. V. 47. № 5. P. 316–330.
  18. Eismont N., Kovalenko I., Nazarov V., Korotkov F., Pupkov M., Zubko V., Poghodin A., Mzhelskiy P., Mikhailov E., Ditrikh A. Orbital and attitude control of Spectr-RG observatory under technical constraints // Space Operations. 2022a. P. 541–558.
  19. Eismont N., Zubko V., Belyaev A., Fedyaev K., Zasova L., Gorinov D., Simonov A., Nazirov R. Expansion of landing areas on the Venus surface using resonant orbits in the Venera-D project // Acta Astronaut. 2022b. V. 197. P. 310–322.
  20. Garvin J.B., Getty S.A., Arney G.N., Johnson N.M., Kohler E., Schwer K.O., Sekerak M., Bartels A., Saylor R.S., Elliott V.E., and 29 co-authors. Revealing the mysteries of Venus: The DAVINCI mission // Planet. Sci. J. 2022. V. 3. № 5. id. 117 (17 p.).
  21. Glaze L.S., Wilson C.F., Zasova L.V., Nakamura M., Limaye S. Future of Venus research and exploration // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. № 5. id. 89.
  22. Hirabayashi M., Mimasu Y., Sakatani N., Watanabe S., Tsuda Y., Saiki T. Hayabusa2 extended mission study group. Hayabusa2 extended mission: New voyage to rendezvous with a small asteroid rotating with a short period // Adv. Space Res. 2021. V. 68. № 3. P. 1533–1555.
  23. Kikuchi S., Mimasu Y., Takei Y., Saiki T., Scheeres D.J., Hirabayashi M., Wada K., Yoshikawa M., Watanabe S.-i., Tanaka S., Tsuda Y. Preliminary design of the Hayabusa2 extended mission to the fast-rotating asteroid 1998 KY26 // Acta Astronautica. 2023. V. 211. P. 295–315.
  24. Levison H.F., Olkin C.B., Noll K.S., Marchi S., Bell III J.F., Bierhaus E., Binzel R., Bottke W., Britt D., Brown M., and 15 co-authors. Lucy mission to the Trojan asteroids. Science goals // Planet. Sci. J. 2021. V. 2. № 5. id. 171 (13 p.).
  25. Lauretta D.S., Balram-Knutson S.S., Beshore E., Boynton W.V., Drouet d’Aubigny C., DellaGiustina D.N., Sandford S.A., Enos H.L., Golish D.R., Hergenrother C.W., Howell E.S., and 38 co-authors. OSIRIS-REx: sample return from asteroid (101955) Bennu // Space Science Reviews. 2017. V. 212. P. 925–984.
  26. Neugebauer M., Gloeckler G., Gosling J.T., Rees A., Skoug R., Goldstein B.E., Armstrong T.P., Combi M.R., Makinen T., McComas D.G. and 5 co-authors. Encounter of the Ulysses spacecraft with the ion tail of comet McNaught // Astrophys. J. 2007. V. 667. № 2. P. 1262–1266.
  27. Olkin C.B., Levison H.F., Vincent M., Noll K.S., Andrews J., Gray S., Good P., Marchi S., Christensen P., Reuter D., and 12 co-authors. Lucy mission to the Trojan asteroids: Instrumentation and encounter concept of operations // Planet. Sci. J. 2021. V. 2. № 5. id. 172 (14 p.).
  28. Petropoulos B. Physical parameters of the atmosphere of Venus // Earth, Moon, and Planets. 1988. V. 42. № 1. P. 29–40.
  29. Porco C.C., Baker E., Barbara J., Beurle K., Brahic A., Burns J.A., Charnoz S., Cooper N., Dawson D.D., Del Genio A.D., and 20 co-authors. Cassini imaging science: Initial results on Phoebe and Iapetus // Science. 2005. V. 307. № 5713. P. 1237–1242.
  30. Smrekar S., Dyar M., Hensley S., Helbert J., Hensley S., Nunes D., Whitten J. VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, In SAR, Topo-graphy And Spectroscopy): A proposed discovery mission // AAS/Division for Planet. Sci. Meeting Abstracts. 2016. V. 48. P. 207–216.
  31. Stern S.A., Weaver H.A., Spencer J.R., Elliott H.A., and the New Horizons Team. The New Horizons Kuiper Belt extended mission // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. № 4. P. 379–394.
  32. Sukhanov A.A. Trajectory design for the mission ‘Hannes’ // Acta Astronaut. 1996. V. 39 P. 25–34.
  33. Veverka J., Thomas P., Harch A., Clark B., Bell III J.F., Carcich B., Joseph J., Murchie S., Izenberg N., and 5 co-authors. NEAR encounter with asteroid 253 Mathilde: Overview // Icarus. 1999. V. 140. № 1. P. 3–16.
  34. Veverka J., Thomas P., Harch A., Clark B., Bell J.F., Carcich B., Joseph J., Chapman C., Merline W., Robinson M., and 6 co-authors. NEAR’s flyby of 253 Mathilde: Images of a C asteroid // Science. 1997. V. 278. № 5346. P. 2109–2114.
  35. Vorontsov V.A., Lokhmatova, M. G., Martynov, M. B., Pichkhadze, K. M., Simonov, A. V., Khartov, V. V., Zasova L.V. and 2 co-authors. Prospective spacecraft for Venus research: Venera-D design // Sol Syst. Res. 2011. V. 45. P. 710–714.
  36. Straume-Lindner, A. G., Schulte, M., Voirin, T., Pacros, A., Widemann, T., Bruzzone, L., and the EnVision Team. Science objective and status of the EnVision Mission to Venus // AAS/Division for Planetary Sciences Meeting Abstracts. 2023. V. 55. № . 8, P. 507–05.
  37. Warner B.D., Harris A.W., Pravec P. The asteroid lightcurve database // Icarus. 2009. V. 202. № 1. P. 134–146.
  38. Zasova L.V., Gorinov D.A., Eismont N.A., Kovalenko I.D., Abbakumov A.S., Bober S.A. Venera-D: A design of an automatic space station for Venus exploration // Sol. Syst. Res. 2019. V. 53. № 7. P. 506–510.
  39. Zubko V.A. Possible flight trajectories to Venus with landing in a given region // Astron. Lett. 2022. V. 48. № 12. P. 761–774.
  40. Zubko V. Analysis of prospective flight schemes to Venus accompanied by an asteroid flyby // Acta Astronaut. 2023a. V. 210. P. 56–70.
  41. Zubko V.A., Eismont N.A., Fedyaev K.S., Belyaev A.A. A method for constructing an interplanetary trajectory of a spacecraft to Venus using resonant orbits to ensure landing in the desired region // Adv. Space Res. 2023b. V. 72. № 2. P. 161–179.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. An example of asteroid images obtained from spacecraft: (a) – a photo of asteroid 253 Matilda taken during its flyby (06/27/1997) by the NEAR spacecraft (https://nssdc.gsfc.nasa.gov/imgcat/html/object_page/nea_19970627_mos.html (accessed 11/22/2023) ©NASA/JPL; (b) – photo of the Main Belt asteroid 243 Ida and its satellite I Dactyl (18.10.1989), taken from the Galileo automatic interplanetary station during a flight to Jupiter ©NASA/JPL (https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00119 (accessed 11/22/2023); (c) – photo of asteroid 152830 Dinkinesh ©NASA/Goddard/SwRI/Johns Hopkins APL/NOAO (https://www.nasa.gov/image-article/nasas-lucy-spacecraft-discovers-2nd-asteroid-during-dinkinesh-flyby / (accessed 02.11.2023)).

Download (238KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of the number of asteroids achievable in the section of the Venus–Venus spacecraft trajectory by possible mission launch years.

Download (95KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The duration of the flight on the Venus–asteroid–Venus section in relation to the period of the planet, depending on the angle of inclination of the orbital plane of the spacecraft flight on the Venus–asteroid section to the ecliptic.

Download (43KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The minimum approach distance to the asteroid (2002 SY50) and γ, depending on the launch date. The range of launch dates is in the range from 24.05 to 14.06 (2031). The symbols DR and GAMMA indicate, respectively, the minimum calculated distance between the asteroid and the spacecraft, as well as the corresponding value of the angle γ, which determines the resonant orbit, when moving along which the mentioned minimum distance is reached. The results are given for trajectories optimized according to the ΔV0 + Vr criterion.

Download (132KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the characteristics of the trajectories of the spacecraft flight to Venus with a flyby of asteroid 2002 SY50 on the launch date: (a) – ΔV0; (b) – Vr. DV01 and DV02 correspond to ΔV0 when flying to Venus without an asteroid flyby and optimizing trajectories according to the criterion of minimum ΔV0 and followed by a flyby of 2002 SY50, DV03 corresponds to ΔV0 obtained by optimizing trajectories according to the criterion ΔV0 + Vr.

Download (262KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Landing circles obtained in the framework of the considered scenario of a flight to Venus with the passage of the asteroid 2002 SY50. The interval of the launch dates under consideration is from 05/24/2031 to 06/13/2031. The blue curves indicate the landing circles corresponding to the trajectories obtained when using trajectories optimized for the ΔV0 + Vr functional as an initial approximation, the red ones – for the ΔV0 functional. The angle of entry into the atmosphere was assumed to be 12°, as in the work (Zubko, 2022).

Download (470KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The total achievable landing area (a set of red lines) during flight along trajectories including a flyby of Venus, an asteroid flyby and subsequent return to Venus (according to Table 4, the launch dates in the period from 2029 to 2040).

Download (673KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Landing circles obtained during spacecraft flight on a 1:1 resonant orbit orbit providing a pulse-free flyby of an asteroid or comet; landing circles for spacecraft flight paths in the launch windows 2029 and 2031 are considered.

Download (511KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».