Vesoljski tuneli in železo na glavi ali zakaj potrebujemo kozmodrom Vostochny

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Pred dnevi so me prosili za ogled infografike RIA Novosti, posvečene prvi izstrelitvi s kozmodroma Vostochny. Poleg tega bo prišlo do velike poenostavitve zaradi omejitev formata gradiva. Pravzaprav ne potrebujemo kozmodroma Vostochny, ker se večina civilnih izstrelitev izvaja s kozmodroma Baikonur.

Toda da bi razložili, zakaj ga potrebujemo, bomo morali povedati, zakaj je mogoče orbito vesoljskega plovila primerjati s tunelom, in pojasniti, kakšno "železo" pade z neba in na koga pade.

Tunel na nebu

Fizika orbitalnega gibanja je popolnoma protiintuitivna. Nasprotno je to, kar si navaden človek predstavlja. In tudi dobri filmi, ki navidezno stremijo k realizmu, dajejo popolnoma napačno predstavo o tem, kako letijo sateliti in vesoljske ladje. Se spomnite "Gravity", ki je slavno letel s Hubbla na ISS in nato na kitajsko postajo? Tudi če zavržemo razliko v orbitalnih višinah, en parameter orbitalnega gibanja ubije še najmanjšo možnost za takšne lete. Ta parameter se imenuje "naklon orbite".

Naklon orbiteje kot med ravnino satelitske orbite in ravnino ekvatorja (za zemeljski satelit)

Na primer, za primer "Gravity" bo slika taka:

In to, da ravnine orbit sploh ne sovpadajo, ni problem. Prava težava je, da je za nizko krožno orbito (in Hubble, ISS, Tiangong in masa drugih satelitov nizka krožna orbita) je sprememba naklona zelo draga. Da bi "zasukali" orbito za 45 °, bomo morali svojo hitrost spremeniti za približno 8 km / s, toliko, kot smo potrebovali za vstop v orbito. In spreminjanje hitrosti je izguba goriva in ponastavitev stopenj. To pomeni, da če raketa z maso 300 ton v orbito postavi 7 ton, potem po spremembi naklona za 45 ° ostane le 150 kilogramov. Pravzaprav vsak orbiter leti znotraj nevidnega tunela, katerega premer je odvisen od njegove sposobnosti spreminjanja hitrosti. Zato jih pri izstrelitvi satelitov poskušajo takoj pripeljati do želenega naklona.

Uhojene ceste

Kakšen naklon se uporablja za obstoječe orbiterje? Trenutno je v Zemljini orbiti veliko satelitov:

Če natančno pogledate, lahko vidite, da je v nekaterih orbitah več satelitov. Tukaj je slika, ki prikazuje gibanje satelitov glede na Zemljo:

Geostacionarna orbita (zelena). To je krožna orbita z višino 36.000 km in naklonom 0 °. Satelit na njem se nahaja nad eno točko na zemeljski površini, zato je na sliki pravilna geostacionarna orbita označena z zeleno piko. Zelene zanke so pokvarjeni sateliti ali zmanjkalo goriva. Geostacionarna orbita je pod motečim vplivom lune in morate porabiti gorivo, da ostanete na mestu. To orbito naseljujejo telekomunikacijski sateliti, ki so donosni, zato je na njej že zdaj težko najti prosta mesta.

GLONAS / GPS orbite (modra in rdeča). Te orbite imajo višino približno 20.000 kilometrov in naklon okoli 60 °. Kot pove že ime, nosijo navigacijske satelite.

Polarne orbite (rumena). Te orbite so nagnjene v območju 90 ° in višina običajno ni večja od 1000 km. V tem primeru bo satelit vsakokratno revolucijo preletel poli in bo videl celotno ozemlje Zemlje. Ločena podvrsta takšnih orbit so sončno sinhrone orbite z višino 600-800 km in naklonom 98 °, v katerih sateliti letijo nad različnimi deli Zemlje ob približno istem lokalnem času. Te orbite so povpraševanja po meteoroloških, kartografskih in izvidniških satelitih.

Poleg tega je treba opozoriti na orbito ISS z višino 450 km in naklonom 51,6 °.

Brezsrčna geografija

No, no, razpoloženja smo ugotovili, bo rekel bralec. In kje je kozmodrom? Dejstvo je, da obstaja tako neprijeten fizični zakon:

Začetni naklon orbite ne sme biti manjši od zemljepisne širine kozmodroma

zakaj je tako? Vse postane bolj jasno, če na zemljevid Zemlje narišemo pot satelita:

Če začnemo iz Baikonurja pospeševati proti vzhodu, potem dobimo orbito z naklonom zemljepisne širine Baikonur, 45 ° (rdeča). Če začnemo pospeševati proti severovzhodu, bo najsevernejša točka orbite severno od Bajkonurja, torej bo naklon večji (rumena). Če poskušamo goljufati in začnemo pospeševati proti jugovzhodu, bo nastala orbita še vedno imela najsevernejšo točko severno od Bajkonurja in spet večji naklon (modro).

Toda takšna orbita je fizično nemogoča, ker ne gre skozi središče mase Zemlje. Natančneje, nemogoče je leteti z ugasnjenim motorjem. V takšni orbiti si lahko nekaj časa z prižganim motorjem, a bo goriva zelo hitro zmanjkalo.

Torej, če želimo satelite izstreliti v geostacionarno orbito ne z ekvatorja, moramo nekako ponastaviti naklon orbite, pri čemer porabimo gorivo. Prav ti stroški pojasnjujejo, zakaj ista raketa Sojuz-2.1a uspešno izstreli satelite v geostacionarno orbito s kozmodroma Kuru blizu ekvatorja, vendar se za te naloge ne uporablja iz Bajkonurja.

Rusija je severna država. In če je mogoče satelite varno izstreliti v polarne orbite in orbite GLONASS iz Plesetska, ki se nahaja na zemljepisni širini 63 °, potem je za geostacionarno orbito bolj južno kozmodrom, tem bolje. In tu začne veljati druga težava - ni vsako ozemlje primerno za kozmodrom.

Stopite na kumpol

Vse sodobne rakete ob izstrelitvi satelita spustijo izrabljene stopnice in nosne obloge, ki padejo na Zemljo. Če je mesto strmoglavljenja v drugi državi, se morate za vsak zagon pogajati s to državo. Zato na primer najmanjši naklon kozmodroma Baikonur ni 45 °, ampak 51 °, ker bo sicer druga stopnja padla na Kitajsko:

In na mestu, kjer je padla prva faza, se morate pogajati s Kazahstanom in plačati uporabo teh območij. Včasih se pojavijo težave in izstrelitev satelitov se odloži. Področja padca je treba odtujiti precej velika:

In v evropskem delu Rusije ni dobrih krajev za kozmodrom. Igral sem se z zemljevidi, na Kavkazu se lahko izmikaš in poskušaš izstreliti iz regije Mozdok, a tudi takrat se boš moral potruditi, da druge etape ne padejo v Kazahstan. Če izstrelite raketo s Krima, bo prva stopnja padla v naseljena območja v bližini Rostova na Donu, druga stopnja pa bo spet poskušala pasti v Kazahstan. In to ne upošteva infrastrukturnih težav v obeh možnostih. Na tem ozadju boste pogledali naklone, ki so na voljo za ameriška vesoljska pristanišča, in obžalovali brezsrčnost fizike in geografije.

Imamo pa tudi vzhodno obalo. In če tam postavimo kozmodrom, potem bo mogoče najti oddaljena območja za padec izrabljenih stopenj za najbolj zahtevane naklone: 51, 6 ° (do ISS in geostacionarne orbite), 64, 8 ° (GLONASS, nekateri sateliti za zaznavanje Zemlje), 98 ° (v polarno orbito).

Še enkrat teza

Kozmodrom Vostochny nam bo omogočil izstrelitev tovora v geostacionarno orbito in na ISS brez potrebe po usklajevanju teh izstrelitev z drugimi državami in plačilu za uporabo območij izključitve. Nahaja se v južnem delu države in zagotavlja začetni naklon orbite, ki ni slabši od Bajkonurja. Neracionalno je graditi izstrelitveni kompleks za novo nosilno raketo Angara na Bajkonurju (spet usklajevanje izstrelitev in območij strmoglavljenja), a iz Vostočnega ne bo zagotovil nič manjšega tovora.

Lepa malenkost: nov lansirni kompleks s servisnim stolpom, kot v Kourouju, bo omogočal izstrelitev zahodnih tovorov, ki morajo biti nameščeni na nosilno raketo v pokončnem položaju.

Bonus je tudi razvoj infrastrukture, spodbuda za razvoj ozemlja, znanstvenega mesta itd.

UPD: izhod infografike. Škoda, nismo imeli časa preoblikovati postavitve satelitov. Še zelo na kratko smo poskušali razložiti, kaj piše tukaj. Po moje se je izkazalo lepo.