Задача 2
С Земли стартует космический аппарат (КА), который собирается изучить Венеру и Юпитер. Вначале КА отправляется к Венере по энергетически выгодной орбите, далее изучает ее минимум 2 земных года. После этого он должен отправиться к Юпитеру по энергетически выгодной орбите. На момент старта для наблюдателя с Земли Юпитер находится в соединении с Солнцем. Найдите:
-
- Время, которое КА должен будет провести рядом с Венерой, прежде чем стартовать на Юпитер;
-
- Через какое время после старта с Земли КА окажется на Юпитере.
Все орбиты планет считать круговыми и лежащими в одной плоскости .
Решение
Показать решение
КА полетит по гомановской орбите, как по самой энергетически выгодной. Значит в момент прилета КА в перигелии этой орбиты должна оказаться Венера. Найдем время движения по орбите (половина орбитального периода) в годах:
Здесь и – радиусы орбит Земли и Венеры в астрономических единицах. Мы получаем, что перелет длится 0.399 лет. К его окончанию Венера оказалась на той же долготе, что Юпитер в момент старта. Сам же Юпитер за это время сместился по орбите на угол
Здесь – орбитальный период Юпитера. Найдем, сколько времени КА должен лететь до Юпитера:
Мы получаем 2.550 лет. За это время Юпитер пройдет по своей орбите дугу . Таким образом, в момент старта с Венеры Юпитер должен опережать ее в движении по орбите на угол .
22
С ходом времени разница гелиоцентрических долгот Юпитера и Венеры уменьшается, завершая полный круг за один синодический период Юпитера на Венере, равный
С момента прибытия на Венеру до отправления с нее должно пройти время
Здесь N — натуральное число. По условию задачи, промежуток должен быть не меньше 2 земных лет. Мы видим, что минимальное число N, удовлетворяющее этому условию, равно 4 (аппарат проведет на Венере неполных 4 синодических периодов Юпитера), и тогда величина равна 2.427 лет. Полное время миссии есть