будет немного проще осуществить).
В случае использования не атмосферного варианта термо-кинетического двигателя, с встречным потоком микро снарядов, второй контейнер с половиной топлива необходимо отправлять по встречной ветви эллиптической траектории достижения Юпитера, а для этого (если совершать только 1 манёвр разгона), требуется стартовать с поверхности Каллисто со скоростью 10,7 км/с; при удельном импульсе топлива 10 км/с, потребуется уже вдвое больше топлива, чем масса полезного груза, и вдвое больше энергии для его разогрева, чем для выхода на попутную ветвь такой же эллиптической траектории. Если, для этого варианта, 10,5 тонн груза выводится на попутную вращению Юпитера и Каллисто траекторию, и 5,5 тонн на встречную, то общие затраты дополнительного топлива для старта составят 22 тонны; что касается затрат энергии, то они, вроде как, тоже возрастут на 35 %, по сравнению с выводом всей массы груза на попутную эллиптическую траекторию; но, однако же, скорость и энергия получаемых в результате этого носителей кинетической энергии будет больше, чем в предыдущем случае, т. е. точно такая же, как в первом варианте, 67 км/с и 2,3 ГДж/кг; и благодаря этому, данный вариант всё же лучше предыдущего: затраты энергии на возобновление цикла хоть и больше, но составляют 21 % от всей вырабатываемой в рабочем цикле энергии, а её в 1,6 раз больше, чем в предыдущем цикле, т. е. 9 ТДж; полезный выход энергии составит 7 ТДж на 1 цикл, т. е. почти столько, сколько и в первом варианте, с внешними спутниками. При длительности энергетического цикла 3 суток, и цикла возврата ракет 6 суток, энергетическая мощность луцепотока, доставляемого на Землю, может быть в 5 раз больше, чем для варианта с внешними спутниками, и в 1,6 раза больше, чем в предыдущем варианте.
В случае, если будет применяться атмосферный вариант двигателя с встречным направлением полёта по отношению к вращению Юпитера, весь полезный груз вначале надо запустить с поверхности Каллисто с начальной скоростью 10,7 км/с, на что уйдёт в 2 раза больше топлива и энергии, чем в попутном варианте, т. е. 30 % всей вырабатываемой энергии, количество которой такое же, как в самом первом варианте, 2,3 ГДж/кг. Это, в принципе, тоже приемлемо, хотя уже не так хорошо, как в варианте с внешними спутниками; но общая выработка энергии всё равно будет в несколько раз выше, чем в первом варианте.
В общем, для Каллисто возможен прямой вывод грузов на эллиптическую траекторию касания атмосферы Юпитера, как в попутном, так и во встречном направлении по отношению к движению спутника, на что будет затрачиваться, соответственно, от 20 до 30 % вырабатываемой энергии, что позволит создать луцепоток в 3–5 больший, чем в варианте с внешними спутниками (так как затраты энергии больше, но больше и частота циклов).
Однако, для остальных, более близких к Юпитеру спутников, такой прямой способ вывода на траекторию достижения Юпитера становится более затратным, из-за большей орбитальной скорости.
Орбитальная скорость движения Каллисто составляет 8,2 км/с, на расстоянии 1,88 млн км от Юпитера, с периодом обращения 16,7 суток; для Ганимеда 11 км/с, на расстоянии 1,07 млн км, за 7,16 суток; для Европы 14 км/с, 670 тысяч километров, и 3,55 суток, соответственно; (при этом 3 внутренних Галилеевых спутника — Ио, Европа и Ганимед — находятся в точном резонансе 1:2:4).
Соответственно, для Ганимеда прямой вывод груза на траекторию снижения к Юпитеру потребует скорости 7,7 км/с в прямом направлении, и 15,3 км/с в обратном, что требует затраты 30–50 % всей вырабатываемой энергии, и делает рабочий цикл менее рентабельным, хотя длительность рабочего цикла при этом также сокращается вдвое, и за счёт этого общая выработка энергии всё же может быть на 30–50 % больше.
Для Европы начальная скорость составит 8,0 км/с для вывода груза на попутную траекторию, что тоже приемлемо, и потребует затрат 30 % энергии предыдущего цикла; однако это позволит использовать только атмосферный вариант двигателя с попутным направлением движения относительно вращения атмосферы, при этом скорость и энергия получаемых носителей кинетической энергии будет 51 км/с и 1,3 ГДж/кг, т. е. удельная энергия в 1,75 раз меньше, чем в варианте с внешними спутниками; а с учётом больших относительных затрат на возобновление цикла, за 1 цикл будет получено в 2,25 раза меньше энергии, что вроде бы плохо.
Но длительность цикла в данном случае составит всего 36 часов для возврата ракеты в исходную точку, и 22 часа от старта ракеты до получения луца (правда, он будет получен в другой точке, поэтому потребуется несколько (2 либо 3) дополнительных заправочных станций в разных точках на орбите для возобновления и поддержания энергетического цикла).
Так как время 1 цикла в 30 раз меньше, чем в варианте с внешними спутниками; энергетический выход 1 цикла в 2,25 раза меньше; и к Земле может быть направлено не более 50 % вырабатываемой энергии, то суммарная энергетическая эффективность такой системы, при одинаковой исходной массе используемого оборудования, будет примерно в 5–6 раз выше, чем для схемы с далёкими спутниками; то есть, если для исходного варианта, при общей массе оборудования 100 тонн, можно было направить к Земле 1000 тонн луца в год, при средней удельной энергии 3 ГДж/кг, и суммарной энергии 3х10^^6 ГДж, то для вариантов с Галилеевыми спутниками выработка энергии, и суммарная масса доставляемого к Земле луца, может быть примерно в 5 раз больше.
Для запуска с Европы грузов в направлении, противоположном орбитальному движению спутника, требуется скорость более 20 км/с, что делает такую схему нерентабельной; да и для Ганимеда, при требуемой скорости запуска 15,3 км/с, такой манёвр тоже слишком затратный.
Но можно предложить намного более экономичные варианты вывода полезного груза на требуемые траектории, для чего потребуется больше времени, но зато на порядок меньше топлива и энергии.
2.3 Гравитационные
манёвры в системе спутников Юпитера.
Как правильно добывать <мёд> воду.
Систему Юпитера иногда называют "Солнечной системой в миниатюре". И правда, сходство есть: 4 небольших внутренних спутника, потом 4 Галилеевых "спутника-гиганта", и дальше какой-то нерегулярный рой из сотни малых тел. Такое сходство, возможно, не случайно, а обусловлено схожей историей формирования системы: возможно, что во время формирования спутников, сам Юпитер в течении нескольких миллионов лет был вполне полноценной звездой, хоть и маленькой, с температурой поверхности 3–5 тысяч градусов, и мог повлиять на распределение вещества в окружающем пространстве аналогично тому, как это сделало Солнце во время формирования планет.
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
