Раздел небесной механики, изучающий движение искусственных небесных тел — автоматических и пилотируемых космических летательных аппаратов. Наряду с термином «астродинамика» этот раздел науки называют также космодинамикой, небесной или космической баллистикой, прикладной небесной механикой. Астродинамика представляет собой основу общей теории полета космических аппаратов. В отличие от классической небесной механики астродинамика изучает движение не только пассивное, происходящее под действием сил тяготения небесных тел, но и активное, управляемое путем включения двигателей. Она делится на две части: теорию движения центра масс космического аппарата, т. е. теорию космических траекторий, и теорию движения космического аппарата относительно центра масс, или теорию его вращательного движения.
Астродинамика занимается определением наиболее удойной, с различных точек
зрения, траектории (орбиты) полета к заданному небесному телу. Главное
требование при этом — возможно меньшая скорость, до которой необходимо
разогнать космический аппарат на начальном, активном участке полета, и,
таким образом, наименьшая масса ракеты-носителя или орбитального
разгонного блока при старте с околоземной орбиты. Это, в свою очередь,
позволяет увеличить полезную нагрузку и, следовательно, добиться
наибольшей научной эффективности полета. При определении орбиты
учитываются требования простоты управления, условий радиосвязи (например,
в момент захода станции за планету при ее облете радиосвязь нарушается),
условий научных исследований (посадка на дневной или ночной стороне
планеты) и т. п.
Рассчитываются также орбитальные маневры с помощью бортового двигателя при выходе космического аппарата на орбиту искусственного спутника Луны или планеты, при спуске на поверхность небесного тела, при переходе с одной орбиты спутника на другую; предусматриваются корректирующие маневры для исправления неизбежных ошибок орбиты, обусловленных недостаточно точными сведениями о межпланетных расстояниях, массах планет и их спутников, неточностью работы аппаратуры управления.
Продолжительность работы двигателей на активных участках полета
исчисляется минутами или секундами, в то время как пассивный полет (е
выключенным двигателем) на пути к Луне и планетам продолжается сутки,
месяцы, годы, даже десятки лет. Полеты с краткосрочным включением
двигателей называют импульсными или многоимпульсными (при многократном
включении двигателей). Такие полеты осуществляются с помощью химических
тепловых двигателей, а в будущем будут проводиться и с ядерными тепловыми
двигателями. Ускорения, сообщаемые такими двигателями, обычно в несколько
раз превышают ускорение силы тяжести на Земле= 9,8 м/с2. Но
разрабатываются и уже испытывались в космосе действующие совершенно иначе
электрические ракетные двигатели, различные типы которых могут сообщать
небольшие ускорения — от 10 в −5 степени до 10 в −3 степени. Такие
двигатели не могут обеспечить старт космического корабля с Земли, но,
работая непрерывно в течение месяцев и лет, они обеспечат перелет его с
орбиты вокруг Земли на орбиту вокруг любой планеты. С помощью
электрических кораблей можно будет в течение нескольких недель поднять
большие грузы (например, солнечную электростанцию массой десятки тысяч
тонн) по спиралеобразной траектории с низкой околоземной орбиты на
стационарную (высота над поверхностью Земли — 35800 км); за месяц
доставить грузы на окололунную орбиту, чтобы затем постепенно с помощью
уже химических ракет опустить их на поверхность Луны; отправить на
околомарсианскую орбиту запас топлива.
Все более важную роль при определении орбит играет «пертурбационный маневр», использующий для изменения орбиты притяжение встречаемого на пути небесного тела. Так, в 1959 г. автоматическая станция «Луна-3» вернулась к Земле после прохождения вблизи Луны, под действием притяжения которой изменилась ее орбита. Осуществлены или осуществляются полеты Земля — Венера — Меркурий, Земля — Юпитер — Сатурн — Уран. Рассчитаны одноимпульсные траектории Земля — Венера — Земля — Юпитер, Земля — Юпитер -— Солнце, Земля — Сатурн — Юпитер, Земля — Юпитер — комета Галлея (при грехимпульсной орбите: сообщаются разгонные импульсы при облете Юпитера и при встрече с кометой Галлея для выравнивания скоростей) и многие другие.
Пассивное вращательное движение космического аппарата может быть вычислено методами астродинамики. Методы астродинамики используются для стабилизации спутника. Например, медленно поворачивающийся спутник вытянутой формы (типа комплекса «Салют» — «Союз»), будучи предоставлен самому себе, постепенно под действием сил гравитации располагается так, что один его конец при движении по орбите все время направлен к центру Земли (гравитационная стабилизация). Продолговатый спутник с хвостовым оперением стабилизируется в верхней атмосфере в направлении движения (аэродинамическая стабили 1а-ц и я). Простейшим примером активной стабилизации может служить закрутка спутника перед его отделением от последней ступени ракеты-носителя. С помощью миниатюрных двигателей ориентации космический аппарат может быть развернут с весьма высокой точностью (доли секунд дуги) и удерживаться в нужном положении, пока не будут завершены научные измерения или пока не отработает в течение заданного бремени бортовая двигательная установка.
