Kosmosetunnelid ja raud peas ehk milleks meil Vostotšnõi kosmodroomi vaja on

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Teisel päeval paluti mul tutvuda RIA Novosti infograafikuga, mis oli pühendatud Vostochnõi kosmodroomilt esimesele stardile. Ja materjali formaadi piirangute tõttu on üks oluline lihtsustus. Tegelikult pole meil Vostochnõi kosmodroomi vaja, sest suurem osa tsiviilkäivitustest toimub Baikonuri kosmodroomilt.

Kuid selleks, et selgitada, miks me seda vajame, peame ütlema, miks saab kosmoseaparaadi orbiiti võrrelda tunneliga, ja ka selgitama, milline "raud" taevast langeb ja kellele see langeb.

Tunnel taevas

Orbiidi liikumise füüsika on täiesti intuitiivne. Pigem on see vastupidine sellele, mida tavainimene ette kujutab. Ja isegi head filmid, mis näiliselt püüdlevad realismi poole, annavad täiesti vale ettekujutuse sellest, kuidas satelliidid ja kosmoselaevad lendavad. Kas mäletate "Gravitatsiooni", mis lendas kuulsalt Hubble'ist ISS-i ja seejärel Hiina jaama? Isegi kui jätta kõrvale orbiidi kõrguste erinevus, tapab üks orbiidi liikumise parameeter isegi vähimagi võimaluse sellisteks lendudeks. Seda parameetrit nimetatakse "orbitaalseks kaldeks".

Orbiidi kalleon nurk satelliidi orbiidi tasandi ja ekvaatori tasandi vahel (Maa satelliidi puhul)

Näiteks "Gravitatsiooni" puhul on pilt järgmine:

Ja see, et orbiitide tasandid üldse kokku ei lange, pole probleem. Tõeline häda on selles, et madala ringorbiidi korral (ja Hubble, ISS, Tiangong ja teiste satelliitide mass on madal ringorbiit) on kalde muutmine väga kallis. Orbiidi 45 ° võrra "pööramiseks" peame muutma oma kiirust umbes 8 km / s, mis on sama palju kui orbiidile sisenemiseks. Ja kiiruse muutmine on kütuse raiskamine ja etappide lähtestamine. See tähendab, et kui 300-tonnise massiga rakett paneb orbiidile 7 tonni, siis pärast 45 ° kalde muutust jääb alles vaid 150 kilogrammi. Tegelikult lendab iga orbiiter nähtamatus tunnelis, mille läbimõõt sõltub kiiruse muutmise võimest. Seetõttu püüavad nad satelliite käivitades viia need kohe soovitud kalde suunas.

Läbipekstud teed

Millist kallet kasutatakse olemasolevate orbiitide puhul? Praegu on Maa orbiidil palju satelliite:

Kui vaatate tähelepanelikult, näete, et mõnel orbiidil on rohkem satelliite. Siin on pilt, mis näitab satelliitide liikumist Maa suhtes:

Geostatsionaarne orbiit (roheline). See on ringikujuline orbiit, mille kõrgus on 36 000 km ja kalle 0 °. Sellel olev satelliit asub maapinna ühe punkti kohal, seetõttu on pildil õiget geostatsionaarset orbiiti tähistatud rohelise punktiga. Rohelised silmused on vigased satelliidid või kütus otsas. Geostatsionaarne orbiit on Kuu häiriva mõju all ja selleks, et paigal püsida, tuleb kulutada kütust. Sellel orbiidil elavad telekommunikatsioonisatelliidid, mis on tulusad, seega on sellel juba raske vabu kohti leida.

GLONAS / GPS orbiidid (sinine ja punane). Nende orbiitide kõrgus on umbes 20 000 kilomeetrit ja kalle umbes 60 °. Nagu nimigi viitab, kannavad nad navigatsioonisatelliite.

Polaarorbiidid (kollane). Need orbiidid on umbes 90 ° kaldega ja nende kõrgus ei ületa tavaliselt 1000 km. Sel juhul lendab satelliit igal pöördel üle pooluste ja näeb kogu Maa territooriumi. Selliste orbiitide eraldi alamliigid on päikese-sünkroonsed orbiidid kõrgusega 600–800 km ja kaldega 98 °, kus satelliidid lendavad Maa erinevate osade kohal ligikaudu samal kohalikul ajal. Need orbiidid on nõudlikud meteoroloogiliste, kaardistamis- ja luuresatelliitide järele.

Lisaks tuleks märkida ISS-i orbiiti kõrgusega 450 km ja kaldega 51,6 °.

Südametu geograafia

Noh, noh, me mõtlesime tujud välja, ütleb lugeja. Ja kuhu jääb kosmodroom? Fakt on see, et on selline ebameeldiv füüsiline seadus:

Orbiidi esialgne kalle ei saa olla väiksem kui kosmodroomi laiuskraad

Miks nii? Kõik saab selgemaks, kui joonistame Maa kaardile satelliidi trajektoori:

Kui me, alustades Baikonurist, hakkame kiirendama itta, saame orbiidi, mille Baikonuri laiuskraadi kaldenurk on 45 ° (punane). Kui hakkame kiirendama kirdesse, siis jääb orbiidi põhjapoolseim punkt Baikonurist põhja poole ehk siis kalle on suurem (kollane). Kui üritame petta ja hakata kiirendama kagusse, siis jääb tekkival orbiidil ikkagi kõige põhjapoolsem punkt Baikonurist põhja pool ja jällegi suurem kalle (sinine).

Kuid selline orbiit on füüsiliselt võimatu, sest see ei läbi Maa massikeskust. Täpsemalt öeldes on väljalülitatud mootoriga võimatu lennata. Mõnda aega võib sellisel orbiidil olla ka töötava mootoriga, aga kütus saab väga kiiresti otsa.

Seega, kui tahame saata satelliite geostatsionaarsele orbiidile, mitte ekvaatorilt, peame kuidagi kütust kulutades orbiidi kalde lähtestama. Just need kulud selgitavad, miks sama Sojuz-2.1a rakett saadab edukalt ekvaatori lähedal asuvalt Kuru kosmodroomilt satelliite geostatsionaarsele orbiidile, kuid Baikonurist teda nendeks ülesanneteks ei kasutata.

Venemaa on põhjapoolne riik. Ja kui 63 ° laiuskraadil asuvast Plesetskist saab satelliite ohutult suunata polaar- ja GLONASS-i orbiidile, siis geostatsionaarse orbiidi puhul, mida lõuna pool kosmodroom asub, seda parem. Ja siin hakkab kehtima teine probleem – mitte iga territoorium ei sobi kosmodroomiks.

Astu kumpolile

Kõik kaasaegsed raketid kukuvad satelliidi orbiidile saatmisel maha kulunud astmed ja maapinnale langevad ninakatted. Kui krahhi koht asub teises riigis, peate selle riigiga iga käivitamise puhul läbirääkimisi pidama. Seetõttu ei ole näiteks Baikonuri kosmodroomi minimaalne kalle 45 °, vaid 51 °, sest vastasel juhul langeb teine etapp Hiinasse:

Ja seal, kus esimene etapp langes, tuleb pidada läbirääkimisi Kasahstaniga ja maksta nende alade kasutamise eest. Mõnikord tekivad probleemid ja satelliitide start viibib. Sügisalad tuleb üsna suurelt võõrandada:

Ja Venemaa Euroopa osas pole kosmodroomi jaoks häid kohti. Mängisin kaartidega, Kaukaasias võib põigelda ja proovida Mozdoki piirkonnast startida, aga ka siis pead proovima, et teised etapid Kasahstani ei langeks. Kui käivitate raketi Krimmist, langeb esimene aste Doni-äärse Rostovi lähedal asuvatesse asustatud piirkondadesse ja teine aste püüab taas langeda Kasahstani. Ja see ei võta mõlema variandi puhul arvesse infrastruktuuri probleeme. Selle taustal vaatate USA kosmosesadamate jaoks saadaolevaid kalduvusi ja kahetsete füüsika ja geograafia südametust.

Aga meil on ka idarannik. Ja kui paigutame kosmodroomi sinna, siis on võimalik leida kulutatud etappide langemiseks kaugemaid piirkondi kõige nõutavamate kalde jaoks: 51, 6 ° (ISSi ja geostatsionaarse orbiidi suhtes), 64, 8 ° (GLONASS, mõned Maad tuvastavad satelliidid), 98 ° (polaarorbiidile).

Taaskord lõputöö

Vostochnõi kosmodroom võimaldab meil saata kasulikke koormaid geostatsionaarsele orbiidile ja ISS-ile, ilma et peaksime neid starte teiste riikidega kooskõlastama ja neile keelualade kasutamise eest maksma. See asub riigi lõunaosas ja annab esialgse orbiidi kalde, mis pole halvem kui Baikonur. On irratsionaalne rajada Baikonuris uue Angara kanderaketti stardikompleks (taas kord stardi- ja allakukkumisalade koordineerimine), kuid Vostochnõist ei anna see vähem kasulikku koormust.

Tore pisiasi: uus stardikompleks koos teenindustorniga võimaldab sarnaselt Kouroule suunata läänepoolseid kasulikke koormaid, mis tuleb kanda kanderaketile püstises asendis.

Boonuseks on ka infrastruktuuri arendamine, tõuge territooriumi arengule, teaduslinnak jne.

UPD: infograafik välja. Kahju, me ei jõudnud satelliitide paigutust ümber joonistada. Ikka väga lühidalt, püüdsime siin kirjapandut lahti seletada. Minu arust tuli see kenasti välja.