Согласно математическим расчетам, между двумя массивными телами с круговыми орбитами образуется особая область, получившая название «точка либрации».
В этих точках центробежная сила и силы гравитационных полей уравновешиваются. На самом деле, в системе двух тел таких точек целых пять, но для ученых наибольший интерес представляют точки, которые располагаются на линии, проходящей через центры масс этих тел, между телами (L1) ближе к телу с меньшей массой и за телом меньшей массы (L2). И если поместить в такую точку, скажем, небольшой комический аппарат, то он будет находиться в этой точке в неустойчивом равновесии. Точнее, он будет вращаться вокруг этой точки под действием гравитационных сил, описывая вокруг нее повторяющуюся замкнутую кривую, называемую гало-орбитой. Польза точек либрации в том, что они создают особые условия полета космических аппаратов, при которых взаимное положение спутника, Солнца и Земли (или спутника, Солнца и Луны) будет, в целом, сохраняться в течение длительного времени при незначительных затратах топлива. Это удобно для решения задач по наблюдению звездного неба, определению космической погоды и предупреждению об астероидной опасности.
Точки либрации также называются точками Лагранжа, так как они были открыты математиком Жозефом Луи Лагранжем в XVIII веке. Космический аппарат, находящийся в точке Лагранжа, находится в неустойчивом равновесии, перемещаясь по так называемым гало-орбитам, которые представляют собой замкнутые кривые. При этом аппарат затрачивает очень мало топлива, так как перемещается вокруг точки либрации в основном за счет воздействия на него гравитационных полей.
Дэвид Данхэм впервые в мире рассчитал траекторию полета космического аппарата к точке либрации L1 в системе Солнце-Земля, которая располагается на расстоянии 1,5 млн. километров от нашей планеты. На основе его расчетов NASA совместно с Европейским космическим агентством в 1978-м году запустило аппарат ICE, название которого расшифровывается как «Международный исследователь комет». Последнему удалось не только достичь точки либрации L1 между Землей и Солнцем, но и совершить множество других космических подвигов, например, исследовать солнечный ветер и космические лучи, пролететь сквозь хвост кометы Галлея и приблизиться к комете Джакобини-Циннера. Но главным достижением ICE, безусловно, является доказательство того, что в точках либрации действительно возможно «подвешивание» или «парковка» космического аппарата.
С тех пор при участии Дэвида Данхэма было запущено несколько аппаратов – начиная от знаменитой солнечной обсерватории SOHO и заканчивая миссией NEAR к астероиду Эрос и межпланетной станцией Messenger, которая в 2011-м году успешно вышла на орбиту Меркурия. В основу всех этих космических проектов были заложены работы Данхэма и его коллег. Теперь ученый занимается тем, что делится своим опытом с российскими специалистами.
Начиная с 2011-го года, Дэвид Данхэм часто бывает в России, так как является ведущим ученым Лаборатории космических исследований, технологий, систем и процессов Московского института электроники и математики (МИЭМ). Лаборатория была создана на деньги первого конкурса научных мегагрантов Правительства РФ. Специалисты МИЭМ, согласно условиям конкурса, привлекли к работе видного иностранного ученого, который и стал одним из руководителей новой лаборатории. Теперь бывший специалист NASA обучает молодых российских ученых проектировать не только полеты к точкам либрации, но и космические миссии по перехвату опасных для Земли астероидов.
В этот раз Дэвида Данхэма пригласили и в НПО им. С. А. Лавочкина – для обмена опытом. Специалисты НПО проектируют орбиты новой международной орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма» (СРГ). Обсерваторию планируется разместить в точке либрации L2 на расстоянии примерно 1,5 млн. километров от Земли. Для российских ученых это первый после долгого перерыва проект с использованием точек либрации. Предыдущие проекты, к сожалению, так и не были воплощены «в металле». Поэтому практические аспекты подобных миссий, которыми поделился человек, стоявший у истоков этого направления исследования космоса и принимавший участие в практическом освоении точек либрации, очень ценны для молодых сотрудников НПО. Основная задача СРГ – провести сверхчувствительное сканирование космического пространства на гигантских расстояниях и создать карту Вселенной. Обсерватория будет работать в гамма и рентгеновском диапазонах. В течение семи лет СРГ сможет обнаружить все массивные скопления галактик во Вселенной, включая более миллиона сверхмассивных черных дыр, которые, как известно, являются ядрами галактик. Это поможет ученым в буквальном смысле заглянуть в прошлое и понять, как происходило развитие галактик во Вселенной.
Российским космическим агентством запланирована амбициозная программа по исследованию космического пространства с помощью серии космических телескопов с общим наименованием «Спектр», которые должны обеспечить исследование космоса в разных диапазонах длин волн с беспрецедентными точностью и разрешением – радио («Спектр-Р», уже на орбите), гамма и рентгеновском («Спектр-РГ», «Спектр-Гамма»), ультрафиолетовом («Спектр-УФ») и миллиметровом («Спектр-М»). Два из них– «Спектр-РГ» и «Спектр-М» — должны работать на гало-орбитах около точки либрации L2 системы Солнце-Земля.
Дэвид Данхэм рассказал Naked Science о проекте, который он, совместно с молодыми российскими учеными, планирует реализовать в рамках мегагранта.
— Планируется ли в рамках мегагранта создание и запуск новых космических аппаратов?
Изначально в рамках мегагранта мы не планировали делать никаких новых космических аппаратов в железе. Мы хотим создать систему орбит, которая позволит исследовать Солнечную систему многоразовым космическим аппаратам, в том числе бывшим в употреблении. Используя технологии, примененные при работе над проектом ICE, мы можем «парковать» космический аппарат в определенных точках и посылать его в разные направления для проведения космических исследований. Например, к астероидам или к Марсу.
Читать подробнее: cryptos.tv
