Kosminiai tuneliai ir geležis ant galvos arba kam mums reikalingas Vostochny kosmodromas

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Kitą dieną manęs paprašė susipažinti su RIA Novosti infografija, skirta pirmajam paleidimui iš Vostochny kosmodromo. Ir bus vienas didelis supaprastinimas dėl medžiagos formato apribojimų. Tiesą sakant, Vostochny kosmodromas mums nereikalingas, nes dauguma civilių paleidžiama iš Baikonūro kosmodromo.

Tačiau norėdami paaiškinti, kodėl mums to reikia, turėsime pasakyti, kodėl erdvėlaivio orbitą galima palyginti su tuneliu, taip pat paaiškinti, kokia „geležis“krinta iš dangaus ir kam ji krinta.

Tunelis danguje

Orbitinio judėjimo fizika yra visiškai priešinga. Greičiau tai yra priešinga tam, ką įsivaizduoja paprastas žmogus. Ir net geri filmai, iš pažiūros siekiantys realizmo, visiškai klaidingai įsivaizduoja, kaip skraido palydovai ir erdvėlaiviai. Prisimenate „Gravitaciją“, kuri garsiai skrido iš Hablo į TKS, o paskui į Kinijos stotį? Net jei atmestume orbitos aukščių skirtumą, vienas orbitos judėjimo parametras užmuša net menkiausią tokių skrydžių galimybę. Šis parametras vadinamas „orbitos polinkiu“.

Orbitos polinkisyra kampas tarp palydovo orbitos plokštumos ir pusiaujo plokštumos (Žemės palydovui)

Pavyzdžiui, „Gravitacijos“paveikslėlis bus toks:

O tai, kad orbitų plokštumos visiškai nesutampa, nėra problema. Tikra bėda ta, kad esant žemai žiedinei orbitai (o Hablo, ISS, Tiangong ir kitų palydovų masė yra žema žiedinė orbita), pokrypio keitimas yra labai brangus. Norėdami „pasukti“orbitą 45 ° kampu, greitį turėsime pakeisti maždaug 8 km/s – tiek, kiek reikėjo norint patekti į orbitą. O greičio keitimas yra kuro švaistymas ir etapų atstatymas. Tai yra, jei 300 tonų masės raketa į orbitą iškelia 7 tonas, pokrypį pasikeitus 45 °, liks tik 150 kilogramų. Tiesą sakant, kiekvienas orbiteris skrenda nematomame tunelyje, kurio skersmuo priklauso nuo jo gebėjimo keisti greitį. Todėl, paleisdami palydovus, jie stengiasi juos nedelsiant nukreipti į norimą polinkį.

Sumušti keliai

Koks pokrypis naudojamas esamoms orbitoms? Šiuo metu Žemės orbitoje yra daug palydovų:

Atidžiau pažvelgę pamatysite, kad kai kuriose orbitose yra daugiau palydovų. Čia yra paveikslėlis, rodantis palydovų judėjimą Žemės atžvilgiu:

Geostacionari orbita (žalias). Tai apskrita orbita, kurios aukštis yra 36 000 km, o nuolydis 0 °. Jame esantis palydovas yra virš vieno taško žemės paviršiuje, todėl paveikslėlyje teisingą geostacionarią orbitą rodo žalias taškas. Žalios kilpos yra sugedę palydovai arba baigėsi kuras. Geostacionarioji orbita yra nerimą kelianti Mėnulio įtaka, todėl jums reikia išleisti kurą, kad galėtumėte likti vietoje. Šioje orbitoje gyvena telekomunikacijų palydovai, kurie yra pelningi, todėl joje jau sunku rasti laisvų vietų.

GLONAS / GPS orbitos (mėlyna ir raudona). Šių orbitų aukštis yra maždaug 20 000 kilometrų, o nuolydis apie 60 °. Kaip rodo pavadinimas, jie gabena navigacijos palydovus.

Poliarinės orbitos (geltona). Šios orbitos yra pasvirusios apie 90 °, o aukštis paprastai yra ne didesnis kaip 1000 km. Tokiu atveju palydovas kiekvieną apsisukimą skris virš ašigalių ir matys visą Žemės teritoriją. Atskiras tokių orbitų porūšis yra saulės sinchroninės orbitos, kurių aukštis yra 600–800 km, o nuolydis 98 °, kuriose palydovai skrenda virš skirtingų Žemės dalių maždaug tuo pačiu vietos laiku. Šios orbitos yra paklausios meteorologiniams, kartografiniams ir žvalgybiniams palydovams.

Be to, reikėtų atkreipti dėmesį į ISS orbitą, kurios aukštis yra 450 km ir nuolydis 51,6 °.

Beširdė geografija

Na, gerai, išsiaiškinome nuotaikas, pasakys skaitytojas. O kur kosmodromas? Faktas yra tas, kad yra toks nemalonus fizinis dėsnis:

Pradinis orbitos polinkis negali būti mažesnis už kosmodromo platumą

Kodėl taip? Viskas tampa aiškiau, jei Žemės žemėlapyje nubraižome palydovo trajektoriją:

Jei mes, pradedant nuo Baikonūro, pradedame greitėti į rytus, tada gauname orbitą su Baikonūro platumos pokrypiu 45 ° (raudona). Jei pradėsime greitėti į šiaurės rytus, tai šiauriausias orbitos taškas bus į šiaurę nuo Baikonūro, tai yra, polinkis bus didesnis (geltonas). Jei bandysime apgauti ir pradėsime greitėti į pietryčius, tai susidariusioje orbitoje vis tiek bus šiauriausias taškas į šiaurę nuo Baikonūro ir vėlgi didesnis polinkis (mėlyna).

Tačiau tokia orbita fiziškai neįmanoma, nes ji nepraeina per Žemės masės centrą. Tiksliau, su išjungtu varikliu skristi neįmanoma. Galite kurį laiką būti tokioje orbitoje su veikiančiu varikliu, tačiau degalai baigsis labai greitai.

Taigi, jei norime paleisti palydovus į geostacionarią orbitą ne iš pusiaujo, turime kažkaip iš naujo nustatyti orbitos polinkį, sunaudojant kurą. Būtent šios sąnaudos paaiškina, kodėl ta pati Sojuz-2.1a raketa sėkmingai iškelia palydovus į geostacionarią orbitą iš Kuru kosmodromo netoli pusiaujo, tačiau iš Baikonūro nėra naudojama šioms užduotims atlikti.

Rusija yra šiaurinė šalis. Ir jei palydovus galima saugiai paleisti į poliarines ir GLONASS orbitas iš Plesecko, esančio 63 ° platumoje, tada geostacionariai orbitai kuo toliau į pietus yra kosmodromas, tuo geriau. Ir čia įsigali antroji problema – ne kiekviena teritorija tinkama kosmodromui.

Žingsnis ant kumpolo

Visos šiuolaikinės raketos, paleisdamos palydovą, numeta į Žemę krentančius panaudotus etapus ir nosies gaubtus. Jei avarijos vieta yra kitoje šalyje, dėl kiekvieno paleidimo turite derėtis su ta šalimi. Todėl, pavyzdžiui, minimalus Baikonuro kosmodromo nuolydis yra ne 45 °, o 51 °, nes priešingu atveju antrasis etapas pateks į Kiniją:

O toje vietoje, kur krito pirmasis etapas, tenka derėtis su Kazachstanu ir mokėti už šių plotų naudojimą. Kartais iškyla problemų ir palydovų paleidimas vėluoja. Rudens plotai turi būti gana dideli:

O europinėje Rusijos dalyje nėra tinkamų vietų kosmodromui. Žaidžiau su žemėlapiais, Kaukaze galima išsisukinėti ir bandyti paleisti iš Mozdoko srities, bet ir tada teks stengtis, kad antrieji etapai nepatektų į Kazachstaną. Jei paleisite raketą iš Krymo, pirmoji pakopa pateks į apgyvendintas vietoves netoli Rostovo prie Dono, o antroji pakopa vėl sieks patekti į Kazachstaną. Ir tai neatsižvelgiama į abiejų variantų infrastruktūros problemas. Atsižvelgdami į tai, pažvelgsite į JAV kosmodromų polinkius ir apgailestaujate dėl fizikos ir geografijos beširdiškumo.

Tačiau turime ir rytinę pakrantę. Ir jei ten patalpinsime kosmodromą, bus galima rasti atokias vietoves praleistų etapų kritimui labiausiai reikalaujamiems polinkiams: 51, 6 ° (į TKS ir geostacionarią orbitą), 64, 8 ° (GLONASS, kai kurie Žemės jutimo palydovai), 98 ° (į poliarinę orbitą).

Dar kartą disertacija

Vostochny kosmodromas leis mums paleisti naudingus krovinius į geostacionarią orbitą ir į TKS, nereikės derinti šių paleidimų su kitomis šalimis ir mokėti už naudojimąsi išskirtinėmis zonomis. Jis yra pietinėje šalies dalyje ir suteikia pradinį orbitos polinkį ne blogesnį nei Baikonūro. Neracionalu Baikonūre statyti naujosios nešančiosios raketos „Angara“paleidimo kompleksą (dar kartą paleidimo ir kritimo zonų koordinavimas), tačiau iš Vostochny jis suteiks ne mažiau naudingos apkrovos.

Graži smulkmena: naujas paleidimo kompleksas su aptarnavimo bokštu, kaip ir Kourou, leis paleisti vakarietiškus krovinius, kurie turi būti montuojami ant raketos vertikalioje padėtyje.

Premija – ir infrastruktūros plėtra, postūmis plėtoti teritoriją, mokslo miestas ir pan.

UPD: infografija išeina. Gaila, nespėjome perbraižyti palydovų išsidėstymo. Visgi labai trumpai bandėme paaiškinti, kas čia parašyta. Mano nuomone, gavosi gražiai.