Kosmosa tuneļi un dzelzs uz galvas jeb kāpēc mums vajadzīgs Vostočnijas kosmodroms

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Citu dienu man lūdza iepazīties ar RIA Novosti infografiku, kas veltīta pirmajai palaišanai no Vostočnijas kosmodroma. Un būs viens būtisks vienkāršojums materiāla formāta ierobežojumu dēļ. Patiesībā mums nav vajadzīgs Vostočnijas kosmodroms, jo lielākā daļa civilo palaišanas notiek no Baikonuras kosmodroma.

Bet, lai izskaidrotu, kāpēc mums tas ir vajadzīgs, mums būs jāpastāsta, kāpēc kosmosa kuģa orbītu var salīdzināt ar tuneli, kā arī jāpaskaidro, kāda veida "dzelzs" nokrīt no debesīm un kam tā krīt.

Tunelis debesīs

Orbitālās kustības fizika ir pilnīgi pretrunīga. Drīzāk tas ir pretējs tam, ko iedomājas parasts cilvēks. Un pat labas filmas, kas šķietami tiecas pēc reālisma, sniedz pilnīgi nepareizu priekšstatu par to, kā lido satelīti un kosmosa kuģi. Vai atceraties "Gravitāciju", kas lieliski lidoja no Habla uz SKS un pēc tam uz Ķīnas staciju? Pat ja mēs atmetam orbītas augstuma atšķirības, viens orbītas kustības parametrs nogalina pat vismazāko šādu lidojumu iespēju. Šo parametru sauc par "orbītas slīpumu".

Orbītas slīpumsir leņķis starp satelīta orbītas plakni un ekvatora plakni (Zemes satelītam)

Piemēram, "Gravitācijas" gadījumā attēls būs šāds:

Un tas, ka orbītu plaknes nemaz nesakrīt, nav problēma. Patiesā problēma ir tā, ka zemai riņķveida orbītai (un Habla, ISS, Tiangong un citu satelītu masa ir zema apļveida orbīta) slīpuma maiņa ir ļoti dārga. Lai "pagrieztu" orbītu par 45 °, mums būs jāmaina ātrums par aptuveni 8 km / s, kas ir tikpat, cik mums bija nepieciešams, lai ieietu orbītā. Un ātruma maiņa ir degvielas tērēšana un posmu atiestatīšana. Tas ir, ja raķete ar masu 300 tonnas orbītā izlaiž 7 tonnas, tad pēc slīpuma maiņas par 45 ° paliks tikai 150 kilogrami. Faktiski katrs orbitors lido neredzamā tunelī, kura diametrs ir atkarīgs no tā spējas mainīt ātrumu. Tāpēc, palaižot satelītus, viņi cenšas tos nekavējoties nogādāt vēlamajā slīpumā.

Izsisti ceļi

Kādu slīpumu izmanto esošajiem orbītiem? Šobrīd Zemes orbītā ir daudz satelītu:

Ja paskatās uzmanīgi, var redzēt, ka dažās orbītās ir vairāk satelītu. Šeit ir attēls, kurā parādīta satelītu kustība attiecībā pret Zemi:

Ģeostacionārā orbīta (zaļš). Tā ir apļveida orbīta ar 36 000 km augstumu un 0 ° slīpumu. Uz tā esošais satelīts atrodas virs viena punkta uz zemes virsmas, tāpēc attēlā pareizo ģeostacionāro orbītu norāda zaļš punkts. Zaļās cilpas ir bojāti satelīti vai beigusies degviela. Ģeostacionārā orbīta atrodas Mēness satraucošā ietekmē, un jums ir jātērē degviela, lai tikai paliktu savā vietā. Šo orbītu apdzīvo telekomunikāciju satelīti, kas ir izdevīgi, tāpēc jau tagad tajā ir grūti atrast brīvas vietas.

GLONAS / GPS orbītas (zils un sarkans). Šo orbītu augstums ir aptuveni 20 000 kilometru, un slīpums ir aptuveni 60 °. Kā norāda nosaukums, tie pārvadā navigācijas satelītus.

Polārās orbītas (dzeltens). Šīs orbītas ir 90 ° slīpumā, un augstums parasti nepārsniedz 1000 km. Šajā gadījumā satelīts katru apgriezienu lidos pāri poliem un redzēs visu Zemes teritoriju. Atsevišķa šādu orbītu pasuga ir saules sinhronās orbītas ar augstumu 600–800 km un slīpumu 98 °, kurās satelīti lido pāri dažādām Zemes daļām aptuveni vienā un tajā pašā vietējā laikā. Šīs orbītas ir pieprasītas meteoroloģiskajiem, kartēšanas un izlūkošanas pavadoņiem.

Turklāt jāatzīmē ISS orbīta ar 450 km augstumu un 51,6 ° slīpumu.

Bezsirdīga ģeogrāfija

Nu, labi, noskaņojumus izdomājām, teiks lasītājs. Un kur atrodas kosmodroms? Fakts ir tāds, ka pastāv tik nepatīkams fiziskais likums:

Sākotnējais orbītas slīpums nevar būt mazāks par kosmodroma platuma grādiem

Kāpēc ir tā, ka? Viss kļūst skaidrāks, ja uzzīmējam satelīta trajektoriju Zemes kartē:

Ja mēs, sākot no Baikonuras, sākam paātrināties uz austrumiem, tad mēs iegūstam orbītu ar Baikonuras platuma slīpumu 45 ° (sarkans). Ja sāksim paātrināties uz ziemeļaustrumiem, tad orbītas tālākais ziemeļu punkts atradīsies uz ziemeļiem no Baikonuras, tas ir, slīpums būs lielāks (dzeltens). Ja mēģināsim krāpties un sāksim paātrināties uz dienvidaustrumiem, tad iegūtajā orbītā joprojām būs tālākais ziemeļu punkts uz ziemeļiem no Baikonuras un atkal lielāks slīpums (zils).

Bet šāda orbīta ir fiziski neiespējama, jo tā neiet cauri Zemes masas centram. Precīzāk, lidot ar izslēgtu dzinēju nav iespējams. Var kādu laiku atrasties šādā orbītā ar ieslēgtu dzinēju, bet degviela beigsies ļoti ātri.

Tādējādi, ja mēs vēlamies palaist satelītus ģeostacionārā orbītā nevis no ekvatora, mums ir kaut kā jāatiestata orbītas slīpums, patērējot degvielu. Tieši šīs izmaksas izskaidro, kāpēc tā pati Sojuz-2.1a raķete veiksmīgi palaiž satelītus ģeostacionārajā orbītā no Kuru kosmodroma pie ekvatora, bet netiek izmantota šiem uzdevumiem no Baikonuras.

Krievija ir ziemeļu valsts. Un, ja satelītus var droši palaist polārajās un GLONASS orbītās no Plesetskas, kas atrodas 63 ° platuma grādos, tad ģeostacionārai orbītai, jo tālāk uz dienvidiem atrodas kosmodroms, jo labāk. Un te stājas spēkā otrā problēma – ne katra teritorija ir piemērota kosmodromam.

Uzkāp uz kumpola

Visas mūsdienu raķetes, palaižot satelītu, nomet izlietotās pakāpes un priekšgala apvalkus, kas nokrīt uz Zemi. Ja avārijas vieta atrodas citā valstī, jums ir jāvienojas ar šo valsti par katru palaišanu. Tāpēc, piemēram, Baikonuras kosmodroma minimālais slīpums ir nevis 45 °, bet 51 °, jo pretējā gadījumā otrais posms nonāks Ķīnā:

Un vietā, kur krita pirmais posms, ir jāved sarunas ar Kazahstānu un jāmaksā par šo laukumu izmantošanu. Dažkārt rodas problēmas un satelītu palaišana aizkavējas. Rudens zonas ir jāatsavina diezgan lielas:

Un Krievijas Eiropas daļā nav labu vietu kosmodromam. Spēlēju ar kartēm, Kaukāzā var izvairīties un mēģināt palaist no Mozdokas reģiona, bet arī tad būs jāmēģina, lai otrie posmi neiekristu Kazahstānā. Ja palaižat raķeti no Krimas, pirmais posms iekritīs apdzīvotās vietās netālu no Rostovas pie Donas, bet otrais posms atkal centīsies iekrist Kazahstānā. Un tas neņem vērā infrastruktūras problēmas abos variantos. Uz šī fona jūs apskatīsit ASV kosmodromiem pieejamās tieksmes un nožēlosit fizikas un ģeogrāfijas bezsirdību.

Bet mums ir arī austrumu krasts. Un, ja mēs tur izvietosim kosmodromu, tad būs iespējams atrast attālos apgabalus izlietoto posmu kritumam vispieprasītākajiem slīpumiem: 51, 6 ° (uz SKS un ģeostacionāro orbītu), 64, 8 ° (GLONASS, daži Zemes uztveršanas satelīti), 98 ° (polārajā orbītā).

Atkal tēze

Vostočnijas kosmodroms ļaus mums palaist kravas ģeostacionārajā orbītā un uz SKS bez nepieciešamības saskaņot šīs palaišanas ar citām valstīm un maksāt tām par izslēgšanas apgabalu izmantošanu. Tas atrodas valsts dienvidu daļā un nodrošina sākotnējo orbītas slīpumu, kas nav sliktāks nekā Baikonura. Ir neracionāli būvēt jaunās nesējraķetes Angara palaišanas kompleksu Baikonurā (kārtējo reizi palaišanas un avārijas vietu koordinēšana), bet no Vostočnijas tas nodrošinās ne mazāku kravnesību.

Jauks sīkums: jaunais palaišanas komplekss ar servisa torni, līdzīgi kā Kurū, ļaus palaist rietumu kravnesības, kuras jāuzstāda uz nesējraķetes vertikālā stāvoklī.

Bonuss ir arī infrastruktūras attīstība, stimuls teritorijas attīstībai, zinātnes pilsēta utt.

UPD: infografika iziet. Žēl, ka mums nebija laika pārzīmēt satelītu izvietojumu. Joprojām ļoti īsi mēģinājām paskaidrot šeit rakstīto. Manuprāt, sanāca jauki.