В 1991 году Японское космическое агентство JAXA послало на Луну свой первый космический корабль Hiten, который нес в своем грузовом отсеке лунный орбитальный аппарат меньших размеров под названием Hagamoro. Согласно плану миссии, аппарат Hagamoro должен был занять круговую окололунную орбиту, но контакт с этим аппаратом был утерян вскоре после его отделения от аппарата Hiten. К тому времени в баках Hiten уже не оставалось топлива в количестве, достаточном для выхода на окололунную орбиту. Но, при помощи специалистов из Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения (NASA Jet Propulsion Laboratory), была рассчитана новая экономичная траектория, которая позволила Hiten занять лунную орбиту и позволила Японии стать третьей страной в истории, осуществившей вывод своего аппарата на окололунную орбиту. Основой новой траектории стал так называемый баллистический захват (ballistic capture), который впоследствии получил название низкоэнергетической траектории (low-energy transfer).
А недавно Эдвард Белбруно (Edward Belbruno), один из ученых-математиков, принимавший участие в расчетах траектории для японского аппарата Hiten, произвел расчеты траектории, основанной на методе баллистического захвата, которая позволит вывести космический аппарат к Марсу с малыми затратами энергии, т.е. топлива.
Обычно космические корабли перемещаются от одного космического тела к другому по Гомановской траектории (Hohmann transfer). Такой подход требует того, чтобы космический аппарат отправился в точку, в которой в момент контакта окажется и его цель, Луна, Марс или другое космическое тело. А когда космический корабль, двигающийся со скоростью нескольких десятков тысяч километров в час, встречается с его целью начинается самое интересное. Для выхода на орбиту вокруг цели космическому кораблю требуется резко "дать по тормозам", включая тормозные или основные двигатели. Такое включение или серия включений двигателей требует расхода десятков и сотен килограмм топлива, которые космический корабль вынужден тащить на собе от самой Земли.
Метод баллистического захвата требует того, чтобы космический корабль оказался далеко впереди от своей цели, двигаясь с ней по одной траектории. Оказавшись в такой позиции, аппарат начинает медленно притормаживать, расходуя на это незначительное количество топлива. Когда цель начинает догонять космический аппарат, она ловит его в ловушку своей гравитации и аппарат занимает стабильную орбиту, не потратив на это ни грамма дополнительного топлива. Следует отметить, что такой метод сближения с целью уже не раз был использован Японским, Европейским космическим агентством и НАСА, и он уже доказал свою эффективность.
Эдвард Белбруно и его коллега Франческо Топпуто (Francesco Topputo) опубликовали расчеты новой траектории полета к Марсу в открытой базе данных научных работ arXiv. Они оценивают, что метод баллистического захвата позволит сэкономить 25 процентов топлива, по сравнению с количеством топлива, требующегося космическим кораблям, сближающимся с Марсом по траектории Гомана.
Кроме экономии существенного количества топлива, баллистическая траектория сближения с Марсом позволит сделать выполняемые маневры более безопасными для самого космического корабля, а руководство миссий получит в свое распоряжение более широкие стартовые "окна". Но, прежде чем расчеты предварительной траектории смогут быть использованы на практике, ученым придется проделать массу дополнительной работы. И в первую очередь они должны выяснить, как повлияет на движение космического аппарата гравитация других массивных тел нашей системы, к примеру, Юпитера.
