Размен времени на топливо экспресс
Космический буксир с ионным двигателем разгоняется медленно, зато тратит очень мало топлива. Чтобы добраться с одной орбиты на другую, нужно решить непростую задачу: как долго включать двигатель и куда его направлять. Обычно ищут самый быстрый перелёт при заданной массе аппарата. Авторы новой работы перевернули условие: они спрашивают, какой может быть предельная стартовая масса, если время перелёта уже назначено.
Такой подход назвали задачей о наибольшей начальной массе. Математически она похожа на поиск самого быстрого перелёта, но с другим знаком. Оказалось, что каждому быстрейшему пути соответствует свой предельный по массе вариант, и наоборот. Это позволяет использовать уже известные решения, чтобы строить новые траектории — более плавно и надёжно.
Метод испытали на классическом примере: перевод спутника с высокой эллиптической орбиты на геостационар (круговая орбита высотой около 36 000 км). Расчёты не только подтвердили известный самый быстрый путь, но и нашли дополнительные ветки решений. Некоторые из них раньше считались быстрейшими, а на деле оказались самыми медленными среди возможных при той же начальной массе.
Ионный двигатель создаёт тягу, разгоняя заряженные частицы электрическим полем. Сила тяги крошечная — примерно как вес листа бумаги на ладони, зато работает месяцами и экономит топливо в десятки раз лучше химических двигателей.
В романе «Марсианин» Энди Вейера ионный двигатель корабля «Гермес» работает годами, медленно, но верно разгоняя межпланетный челнок — как раз тот случай, где важнее масса и экономия топлива, а не скорость.