Динамика, навигация и управление при полёте к гравитационному фокусу Солнца
Автор: Денис Глебович Перепухов
Соавторы: Перепухов Д.Г., Трофимов С.П., Широбоков М.Г., Корнеев К.Р.
Организация: Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
Доклад посвящён проблемам динамики, навигации и управления космической миссии к гравитационному фокусу Солнца. Цель миссии – прямое наблюдение экзопланеты с помощью эффекта гравитационного линзирования Солнцем. Эффект заключается в том, что параллельный пучок света, исходящий от экзопланеты, преломляется гравитацией Солнца, в результате чего лучи сходятся в области пространства, называемой гравитационным фокусом Солнца (ГФС), где их интенсивность возрастает до ~1011 раз [1]. Это позволяет телескопу, расположенному в ГФС, получить изображение экзопланеты с пространственным разрешением несколько километров на пиксель. Столь высокое разрешение, не достижимое с помощью традиционных наземных/космических телескопов, открывает значительные возможности для астрофизики и астробиологии. Однако поместить телескоп в ГФС и там управлять им – задача крайне сложная, так как ГФС расположен очень далеко – начинается на расстоянии 550 астрономических единиц от Солнца, – а требуемая точность позиционирования в ГФС составляет ~1 метр. Текущий концепт миссии предполагает близкий пролёта Солнца и разгон с помощью солнечного паруса, что позволяет менее чем за 25 лет доставить в ГФС группировку малых аппаратов [1]. При этом возникают сложные инженерные и математические задачи, в том числе проблема навигации и управления движением в течение полёта к ГФС и работы там.
Приводятся результаты работ по исследованию динамики, навигации и управления на разных этапах миссии к ГФС. Изучена динамика относительного движения аппаратов на близких гиперболических траекториях, выделены несколько типов относительного движения, получены условия его ограниченности [2]; исследована орбитальная динамика в области ГФС, предложены алгоритмы управления, обеспечивающие стабилизацию вблизи оси ГФС [3].
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 19-11-00256 (rscf.ru/project/22-11-35041/).
1. Helvajian H. et al. Mission Architecture to Reach and Operate at the Focal Region of the Solar Gravitational Lens // Journal of Spacecraft and Rockets. 2023, 19 p. doi.org/10.2514/1.A35493.
2. Перепухов Д.Г., Трофимов С.П. Относительное движение космических аппаратов на гиперболических траекториях // 65-я Всероссийская научная конференция МФТИ, Москва, 3 – 8 апреля 2023 г. Прикладная математики и информатика. Секция динамики и управления движением космических аппаратов.
3. Перепухов Д.Г., Широбоков М.Г., Корнеев К.Р. Аспекты динамики, управления и навигации в рамках научного этапа миссии к фокусу гравитационной линзы Солнца // XLVII Академические чтения по космонавтике, Москва, 24–27 января 2023 г. Секция «Прикладная небесная механика и управление движением».
