АСТРОДИНА́МИКА

АСТРОДИНА́МИКА (от ас­т­ро… и ди­на­ми­ка), раз­дел не­бес­ной ме­ха­ни­ки, изу­чаю­щий дви­же­ние кос­мич. ап­па­ра­тов (КА) – ис­кусств. спут­ни­ков Солн­ца, пла­нет и пла­нет­ных спут­ни­ков, а так­же меж­пла­нет­ных стан­ций, меж­звёзд­ных зон­дов и т. п. Ис­поль­зу­ют­ся так­же тер­ми­ны «кос­мо­ди­на­ми­ка», «не­бес­ная бал­ли­сти­ка», «ме­ха­ни­ка кос­ми­че­ско­го по­лё­та».

А. воз­ник­ла как ветвь клас­сич. не­бес­ной ме­ха­ни­ки, изу­чаю­щей дви­же­ние ес­те­ст­вен­ных не­бес­ных тел. В кон. 17 в. И. Нью­тон впер­вые про­вёл рас­чё­ты, по ко­то­рым для за­пус­ка ис­кусств. спут­ни­ка Зем­ли (ИСЗ) не­об­хо­ди­мо дос­тичь ско­ро­сти 8 км/с, а для за­пус­ка КА к Мар­су – 11 км/с. К. Э. Ци­ол­ков­ский до­ка­зал воз­мож­ность дос­ти­же­ния кос­мич. ско­ро­стей с по­мощью ра­кет.

Спе­ци­фи­ка А. со­сто­ит в не­об­хо­ди­мо­сти оп­ти­ми­за­ции тра­ек­то­рий КА и их сис­тем, учё­та воз­мож­ной управ­ляе­мо­сти КА, а так­же учё­та при­тя­же­ния про­тя­жён­ных не­бес­ных тел и мн. не­гра­ви­та­ци­он­ных сил: со­про­тив­ле­ния ат­мо­сфе­ры, дав­ле­ния сол­неч­но­го и от­ра­жён­но­го от Зем­ли из­лу­че­ния, влия­ния маг­ни­то­сфе­ры и др. А. ба­зи­ру­ет­ся на ма­те­ма­тич. ис­сле­до­ва­нии урав­не­ний (как пра­ви­ло, обык­но­вен­ных диф­фе­рен­ци­аль­ных урав­не­ний дви­же­ния, воз­мож­но с уп­рав­ляю­щи­ми па­ра­мет­ра­ми) и ис­поль­зу­ет ме­то­ды­ не­бес­ной ме­ха­ни­ки и тео­рии оп­ти­маль­но­го управ­ле­ния (напр., прин­цип мак­си­му­ма Пон­тря­ги­на). При­ме­ня­ют­ся ме­то­ды рас­чё­та ор­бит (см. Ор­би­ты не­бес­ных тел), раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся соб­ст­вен­ные ме­то­ды ре­ше­ния за­дач, не встре­чав­ших­ся в клас­сич. не­бес­ной ме­ха­ни­ке. К та­ким за­да­чам, напр., от­но­сит­ся про­ек­ти­ро­ва­ние ор­бит, оп­ти­маль­ных по важ­ней­ше­му кри­те­рию ра­бо­ты КА и при­ем­ле­мых по ос­таль­ным па­ра­мет­рам (напр., ор­би­та пе­ре­лё­та Зем­ля – Марс с ми­ним. за­тра­та­ми то­п­ли­ва, ор­би­та наи­луч­ше­го об­зо­ра дан­но­го ре­гио­на Зем­ли и др.). Для сис­тем КА (спа­са­тель­ных, на­ви­га­ци­он­ных, спут­ни­ков свя­зи и др.) оп­ти­ми­за­ции под­ле­жат не от­дель­ные ор­би­ты, а их ан­самбль.

Час­то вы­ход на ра­бо­чую ор­би­ту це­ле­со­об­раз­но осу­ще­ст­в­лять в неск. эта­пов, и воз­ни­ка­ет за­да­ча о пе­ре­хо­де ме­ж­ду ор­би­та­ми. Пе­ре­ход мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся за счёт ра­бо­ты ре­ак­тив­ных дви­га­те­лей, обес­пе­чи­ваю­щих крат­ко­вре­мен­ную боль­шую тя­гу (КА ис­пы­ты­ва­ет дей­ст­вие поч­ти мгно­вен­но­го до­пол­нит. им­пуль­са) или по­сто­ян­но дей­ст­вую­щую ма­лую тя­гу, а так­же за счёт энер­гии по­ля тя­го­те­ния пла­не­ты или спут­ни­ка (гра­ви­та­ци­он­ный ма­нёвр) или энер­гии сол­неч­но­го из­лу­че­ния (сол­неч­ный па­рус). Сю­да же от­но­сят­ся за­да­чи о по­сад­ке или вы­хо­де на ор­би­ту ис­кус­ст­вен­но­го спут­ни­ка пла­не­ты (вклю­чая Зем­лю) с ис­поль­зо­ва­ни­ем тор­мо­же­ния в ат­мо­сфе­ре или о по­сад­ке на Лу­ну и др. без­ат­мо­сфер­ные те­ла. С ма­те­ма­тич. точ­ки зре­ния за­да­ча за­клю­ча­ет­ся в рас­чё­те им­пуль­сов или до­пол­ни­тель­ной тя­ги, не­об­хо­ди­мых для из­ме­не­ния ор­би­ты. Для ти­пич­ных за­дач по­строе­ны ба­зо­вые ре­ше­ния, час­то не­оче­вид­ные. Так, тех­ни­ка бли­жай­ше­го бу­ду­ще­го не в со­стоя­нии со­об­щить КА ско­рость, дос­та­точ­ную для не­по­сред­ст­вен­но­го дос­ти­же­ния ок­ре­ст­но­стей Солн­ца. Ре­шить эту за­да­чу по­зво­ля­ет по­лёт к Юпи­те­ру с ис­поль­зо­ва­ни­ем гра­ви­та­ци­он­но­го ма­нёв­ра или по­лёт с мно­го­крат­ны­ми гра­ви­та­ци­он­ны­ми ма­нёв­ра­ми у Ве­не­ры и Зем­ли. Прак­тич. ис­поль­зо­ва­ние ма­те­ма­тич. ре­зуль­та­тов А. в за­да­чах кос­мич. по­лё­тов свя­за­но с ин­же­нер­но-тех­нич. во­про­са­ми кон­ст­руи­ро­ва­ния КА и их ав­то­ма­тич. уп­рав­ле­ния.

Зна­чи­тель­ное ме­сто в А. за­ни­ма­ет по­строе­ние ана­ли­ти­че­ских, по­лу­ана­ли­ти­че­ских и чис­лен­ных тео­рий дви­же­ния КА, по­зво­ляю­щих рас­счи­ты­вать их по­ло­же­ние и ско­рость в лю­бой мо­мент вре­ме­ни. При раз­ра­бот­ке тео­рий при­хо­дит­ся пре­одо­ле­вать труд­но­сти ма­те­ма­тич. ха­рак­те­ра вви­ду слож­но­сти урав­не­ний дви­же­ния и не­воз­мож­но­сти ог­ра­ни­чить­ся ме­то­да­ми, раз­ра­бо­тан­ны­ми в клас­сич. не­бес­ной ме­ха­ни­ке.

Важ­ная за­да­ча А. – ана­лиз и про­ек­ти­ро­ва­ние вра­ща­тель­но­го дви­же­ния КА от­но­си­тель­но цен­тра масс, ори­ен­та­ции КА от­но­си­тель­но Зем­ли и др. не­бес­ных тел в хо­де пе­ре­ме­ще­ния по ор­би­те. Час­то тре­бу­ет­ся од­но­ос­ная ста­би­ли­за­ция (напр., вра­ще­ние КА во­круг оси, со­хра­няю­щей по­сто­ян­ное на­прав­ле­ние на Зем­лю или Солн­це) или трёх­ос­ная (КА со­хра­ня­ет ори­ен­та­цию не­из­мен­ной от­но­си­тель­но из­бран­ной сис­те­мы от­счё­та). Ино­гда раз­ные час­ти КА долж­ны быть ори­ен­ти­ро­ва­ны по-раз­но­му (напр., те­ле­скоп на Марс, ан­тен­на на Зем­лю, сол­неч­ные ба­та­реи на Солн­це). КА обыч­но об­ла­да­ют слож­ной не­сфе­рич. фор­мой, при­во­дя­щей к ма­те­ма­тич. труд­но­стям при учё­те вра­ща­тель­ных мо­мен­тов. Раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды ста­би­ли­за­ции вра­ще­ния с по­мо­щью ги­ро­ско­пов, ре­ак­тив­ных дви­га­те­лей и сис­тем пас­сив­ной ста­би­ли­за­ции, ис­поль­зую­щих мо­мен­ты сил тя­го­те­ния, маг­нит­ных и аэ­ро­ди­на­мич. сил.

Яв­ля­ясь в осн. при­клад­ной нау­кой, А. сти­му­ли­ру­ет ре­ше­ние за­дач клас­сич. не­бес­ной ме­ха­ни­ки, т. к. рас­чё­ты меж­пла­нет­ных пе­ре­лё­тов не­воз­мож­ны без вы­со­ко­точ­ных дан­ных о дви­же­нии пла­нет, их мас­сах и гра­ви­та­ци­он­ных по­лях. А. по­мо­га­ет ре­шать и за­да­чи фун­дам. нау­ки. Напр., дан­ные тра­ек­тор­ных из­ме­ре­ний сис­тем гео­де­зич. и на­ви­гац. ИСЗ при­вле­ка­ют­ся для по­лу­че­ния све­де­ний о зна­че­нии гра­ви­та­ци­он­ной по­сто­ян­ной и её воз­мож­ном из­ме­не­нии со вре­ме­нем, о гра­ви­та­ци­он­ном по­ле Зем­ли, рас­пре­де­ле­нии масс в её те­ле, дрей­фе кон­ти­нен­тов.

См. так­же Ис­кус­ст­вен­ный спут­ник Зем­ли, Кос­ми­че­ский ап­па­рат.