Космический лифт для исследования Фобоса: уникальная работа студентки Самарского университета

Фобос — один из двух спутников Марса, который представляет большой интерес для науки и космических исследований. Он имеет неправильную форму, низкую плотность и многочисленные кратеры на поверхности. Его происхождение до сих пор остается загадкой: возможно, он является захваченным астероидом или образовался из обломков, выброшенных при столкновении Марса с другим телом. Его орбита постепенно уменьшается, и через несколько миллионов лет он либо разобьется, либо упадет на поверхность красной планеты.


Исследование Фобоса может дать нам ценную информацию о прошлом и будущем Марса, а также о возможности использования его ресурсов для человеческой эксплорации красной планеты. Однако из-за его маленького размера и слабой гравитации, посадка на него представляет собой большую техническую сложность. Как же можно доставить научную аппаратуру на поверхность Фобоса без риска потерять ее или повредить спутник?

Один из возможных способов — использование «космического лифта», который состоит из длинного кабеля, протянутого от космического зонда, висящего в нескольких километрах над поверхностью Фобоса, до спускаемого аппарата с приборами и датчиками. Такой метод позволит избежать жесткой посадки и снизить расходы на запуск ракет. Кроме того, «космический лифт» может быть использован не только для исследования Фобоса, но и для других подобных спутников планет Солнечной системы.

Первая в мире, кто рассчитал параметры для двух точек Лагранжа в системе Марс — Фобос

Дарья Нерядовская — студентка третьего курса факультета ракетно-космической техники Самарского университета имени Королева. Она занимается научной работой под руководством профессора Александра Ледкова, заведующего кафедрой теоретической механики и мехатроники. Ее интерес к космическим исследованиям пробудился еще в школе, когда она участвовала в различных олимпиадах и конкурсах по физике и астрономии.



В своей работе Дарья доказала возможность исследования спутника Марса Фобоса с помощью «космического лифта». Она разработала математическую модель движения космического аппарата вокруг Фобоса и предложила способ определения его ориентации. Работа была отмечена премией Российского научного фонда и получила высокую оценку от международных экспертов.

Дарья Нерядовская является первой в мире, кто рассчитал параметры для двух точек Лагранжа в системе Марс — Фобос. Точки Лагранжа — это точки гравитационного равновесия между двумя телами, в которых третье тело может находиться без затрат энергии. В системе Марс — Фобос есть пять таких точек, но только две из них (L1 и L2) подходят для размещения «космического лифта». Дарья Нерядовская рассчитала, какой должна быть длина кабеля, масса зонда и спускаемого аппарата, скорость и угол спуска, чтобы «космический лифт» работал максимально устойчиво и надежно в обеих точках Лагранжа.

Как работает «космический лифт» для исследования Фобоса?

Согласно концепции проекта НАСА PHLOTE (Phobos L1 Operational Tether Experiment, «Флоут»), который был обнародован в 2017 году, космический зонд PHLOTE, находясь на высоте примерно 3 км от поверхности Фобоса, спустит на тросе из углеродных нанотрубок аппарат с приборами и датчиками. После выполнения цикла исследований спускаемый аппарат можно будет поднять обратно на борт зонда и доставить на Землю или использовать в другой точке пространства.

Для того чтобы «космический лифт» работал максимально устойчиво и надежно, необходимо, чтобы центр тяжести тросовой системы находился в одной из точек Лагранжа в системе Марс — Фобос: L1 или L2. Другими словами, космический аппарат будет в гравитационном равновесии между Марсом и Фобосом. Сложность состоит в том, чтобы максимально устойчиво зафиксировать «космический лифт» над спутником, ведь Фобос движется. Более того — рядом есть Марс со своей гравитацией.

Ученые НАСА планировали задействовать только одну точку либрации и исследовать только одну сторону Фобоса, Дарья Нерядовская же рассчитала параметры и для второй точки Лагранжа, которая позволит разместить «космический лифт» на обратной стороне спутника, которую не видно с Марса. Два «космических лифта» позволят изучать марсианскую луну с обеих сторон. Кроме того, если в проекте НАСА спустить на Фобос можно аппарат весом 15 кг, расчеты самарской студентки позволяют увеличить вес аппарата с приборами до 50 кг. Это означает, что «космический лифт» может доставить на поверхность Фобоса более сложную и мощную научную аппаратуру, которая может проводить более глубокие и детальные исследования спутника.

Перспективы реализации проекта НАСА PHLOTE и его потенциал для научных открытий и человеческой эксплорации Марса и его спутников
Проект НАСА PHLOTE пока не реализован и последние несколько лет представлен в открытых источниках лишь в виде общей концепции, без подробностей и какого-либо математического обоснования. Однако работа Дарьи Нерядовской дает необходимое математическое обоснование для осуществления в перспективе такой миссии. Кроме того, она показывает, что «космический лифт» может быть использован не только для Фобоса, но и для других подобных спутников планет Солнечной системы, например, для Деймоса — второго спутника Марса.

Реализация проекта НАСА PHLOTE может иметь большое значение для науки и космических исследований. Он может дать нам новые знания о происхождении, структуре, составе и эволюции Фобоса, а также о его взаимодействии с Марсом и солнечным ветром. Он может также помочь нам понять, какие ресурсы есть на Фобосе и как их можно использовать для человеческой эксплорации Марса и его окрестностей. Например, Фобос может служить базой для заправки ракет топливом или для отправки роботов на поверхность Марса.

Проект НАСА PHLOTE также может стать примером для разработки и реализации других проектов, использующих «космический лифт» для исследования других спутников планет Солнечной системы. Такой метод может быть более эффективным, экономичным и безопасным, чем традиционные способы посадки на них.


— Дарья Нерядовская.