Гравитационный маневр у Венеры поможет значительно сэкономить топливо при полете на Марс, а также сократить длительность миссий, сообщают исследователи в докладе, подготовленном для Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023-2032. Кроме того, это позволит упростить изучение Венеры, позволив космонавтам контролировать отправленные к ней космические аппараты в режиме реального времени.
Гравитационные маневры часто используются для разгона автоматических межпланетных станций, отправляемых к отдаленным объектам Солнечной системы. Без них многие современные миссии просто неосуществимы, так как гравитационные потери при полете в космос просто огромны. Чтобы с низкой околоземной орбиты (для ее достижения надо развить скорость 8 километров в секунду) добраться до Марса по гомановской траектории, надо разогнаться до 3,5 километра в секунду, а чтобы долететь до Юпитера — уже 6 километров в секунду. При этом по формуле Циолковского, каждые 3 километра в секунду дополнительного разгона втрое увеличивают стартовую массу космической системы.
С учетом того, что для космических полетов сегодня, как и шесть десятилетий назад, используются химические двигатели (что накладывает ограничения на количество энергии, которое можно из них извлечь), в конечном итоге полезная нагрузка при дальних полетах составляет лишь несколько процентов от выведенной на орбиту массы, а та, в свою очередь, лишь несколько процентов стартовой массы ракеты.
Именно поэтому инженеры для экономии топлива используют гравитацию других массивных небесных тел. Например, аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» использовали гравитационные маневры у Юпитера и Сатурна, а «Розетта» выполнила четыре маневра у Земли и Марса. Теперь же ученые предлагают использовать для полета на Красную планету гравитацию Венеры.
Группа физиков и инженеров под руководством Ноама Изенберга (Noam. R. Izenberg) из Университета Джонса Хопкинса расчитала, что полет через Венеру будет гораздо более удобен, чем полет к Марсу напрямую, для которого необходимо, чтобы Земля подошла к Красной планете максимально близко (это называется противостоянием), что случается лишь раз в 26 месяцев. В случае гравитационного маневра у Венеры, противостояние планет будет происходить каждые 19 месяцев, что позволит отправлять миссии на Марс чаще.
Кроме того, будет накладываться меньше ограничений на длительность миссий. При классическом сценарии ожидание подходящего для полета времени может занять до полутора лет, в то время как при использовании гравитационного маневра космонавты гипотетически смогут вернуться уже через месяц (если они будут во время полета туда и обратно совершать только один маневр, а не два). Несмотря на то, что сам полет через Венеру продлится дольше — но все равно меньше года — он позволит сократить общее время марсианских миссий и расход топлива.
Также гравитационный маневр у Венеры позволит изучить «две планеты по цене одной». Если вместе с экипажем в полет отправятся научные аппараты, то исследователи смогут их контролировать без временных задержек, которые могут составлять от 5 до 28 минут при отправке сигнала с Земли. Это позволит ученым принимать решения в реальном временем.
Однако авторы доклада отмечают, что вместе с тем космонавты подвергнутся более сильному воздействию радиации, чем при обычном полете на Марс (за исключением галактического излучения, от которого защищает Солнце). Это важно учитывать при подготовке к миссии.