Искусственные внешние ресурсы для освоения космоса

Если продлить эту аналогию, то манёвр с прямым выводом груза с поверхности больших спутников сразу на траекторию снижения к Юпитеру, аналогичен тому, как если бы мы пытались запустить ракету с Земли прямо к Солнцу, с перигелием в несколько миллионов километров. Это самый быстрый вариант, но для него требуется очень большое изменение скорости.

Второй вариант — запустить ракету сначала, наоборот, по сильно вытянутой траектории на большое расстояние, затем в дальней точке траектории избавиться от лишнего момента импульса при минимальной затрате топлива, и уже затем ракета может направиться к Солнцу. Это требует в десятки раз больше времени, но зато требуемое изменение скорости вдвое меньше, чем при прямом манёвре.

Если же в системе есть другие массивные планеты, то можно использовать их гравитационное поле для поворота вектора скорости вообще без затрат топлива, и, в принципе, после нескольких таких манёвров можно получить какую угодно траекторию, в том числе вообще покинуть данную систему. Совершение таких манёвров тоже требует довольно большого времени, но это всё же быстрее, чем второй вариант, и ещё более экономично по затратам топлива.

В системе Земля-Солнце для гравитационных манёвров чаще всего используют Юпитер, что позволяет произвольно изменить скорость за 1 манёвр без затрат топлива; иногда вначале, чтобы достичь Юпитера с меньшими затратами, используют также многократное прохождение в гравитационных полях Земли и Венеры. В общей сложности такие манёвры длятся от 5 до 10 лет, и требуют начальной скорости при старте с Земли от 14 до 16 км/с, вместо 33 км/с для прямого полёта к Солнцу.

В системе Юпитера есть 4 массивных спутника, 3 из которых к тому же находятся в резонансе, что позволяет, в принципе, произвольно изменять начальную траекторию в широких пределах без затрат топлива. Для этого может потребоваться несколько прохождений вблизи спутников, но, поскольку периоды их обращения невелики, от 1,77 до 16,7 суток, то длительность всего манёвра будет ненамного больше, порядка 10–30 суток.

Вариантов здесь много, но мне кажется, что в качестве основного лучше выбрать вариант с предварительным выводом запаса топлива (в виде большой массы льда) на сильно вытянутую траекторию, с большой полуосью 670 тысяч километров, и периодом обращения, равным или близким к периоду обращения Европы, т. е. примерно 3,5 суток. (назовём эту опорную траекторию "Базовая траектория с периодом 1:1", или "Европа-Б 1:1")

Минимальное удаление от центра Юпитера должно быть около 80 тысяч километров, т. е. минимальная высота, на которой атмосфера не создаёт помех движению. Максимальное удаление, соответственно, около 1,26 млн км, т. е. немного выше орбиты Ганимеда. (хотя возможны варианты выбора базовых траекторий с меньшим максимальным расстоянием, и меньшим периодом, находящимся в кратном отношении с периодом Европы, для регулярной повторной доставки топлива при одной и той же повторяющейся конфигурации планет для совершения манёвров).

Вначале груз с поверхности Европы выводится, возможно по частям, непосредственно на стартовую траекторию А, которая в нижней точке касается орбиты Европы, т. е. нижняя точка траектории находится на расстоянии 670 тыс км от Юпитера; а верхняя на расстоянии 1,3 миллиона километров от Юпитера, то есть начальная траектория пересекает орбиту Ганимеда и поднимается на 200–250 тысяч километров выше его орбиты, с большой полуосью 1 млн км, и периодом обращения 6,5 суток.

Для того, чтобы перейти на такую промежуточную траекторию с круговой орбиты Европы, требуется добавочная скорость всего 2,2 км/с; если стартовать с поверхности Европы, то требуется начальная скорость 3,0 км/с. И это все затраты топлива и энергии, которые потребуются.

Далее траектория раскачивается за счёт нескольких прохождений вблизи Ганимеда, Европы, а затем и Ио, и через 2–3 оборота превращается в сильно вытянутую траекторию Б, описанную выше, синхронную с временем оборота Европы; хотя, возможны и варианты с другим соотношением периодов оборотов, например 2:3, 3:5 или 3:4, что позволит иметь на такой траектории несколько (от 2 до 5–6) заправочных станций, на которые можно будет повторно доставлять топливо через определённые регулярные промежутки времени в 15–30 суток. Переход с траектории А на траекторию Б (или одну из упомянутых) за счёт серии гравитационных манёвров займёт 15–20 суток, и не потребует затрат топлива, за исключением небольших корректировок отклонений, в пределах нескольких метров в секунду.

При этом конфигурация расположения всех спутников (кроме Каллисто) будет повторяться каждые 7,16 суток, что позволит осуществлять одну и ту же оптимальную последовательность манёвров для доставки каждой новой партии топлива.