spațiale

Cu câteva zile în urmă, RIA Novosti a raportat că prima lansare a Soyuz-2.1a „din noul port spațial Vostochny” este programată pentru 27 aprilie. Philip Terekhov, specialist în rachete, explică pe pagina sa Live Journal de ce este necesar portul spațial Vostochny, în ciuda existenței sale. Baikonur și de ce orbita unei nave spațiale poate fi comparată cu un tunel, precum și pentru a explica unde cad gradele de rachetă utilizate.

Tunel pe cer

Fizica mișcării orbitale este destul de diferită de ceea ce își imaginează persoana obișnuită. Și chiar și filmele bune care se străduiesc să fie realiste dau o idee complet greșită despre modul în care zboară sateliții și navele spațiale. În filmul „Gravity”, au zburat de la Hubble la ISS, apoi la o stație spațială chineză. Chiar dacă nu acordăm atenție diferenței de înălțime a orbitelor, un parametru al mișcării orbitale ucide chiar și cea mai mică posibilitate pentru astfel de zboruri. Acest parametru se numește „panta orbitală”.

Înclinarea orbitală este unghiul dintre planul orbitei satelitului și planul ecuatorial.

De exemplu, în cazul „Gravity”, schema este următoarea:

Iar faptul că planurile orbitelor nu coincid nu este principala problemă. Adevărata problemă este că la o orbită circulară inferioară (Hubble, ISS, Tiangong și mulți alți sateliți au o orbită circulară joasă), schimbarea înclinării este foarte costisitoare. Pentru a „roti” orbita cu 45 °, viteza trebuie schimbată cu 8 km/sec, atât cât este nevoie pentru a intra pe orbită. Și schimbarea vitezei înseamnă pierderea treptelor de viteză și consumul de combustibil. Aceasta înseamnă că, dacă o rachetă cu o greutate de 300 de tone lansează 7 tone pe orbită, după schimbarea înclinației cu 45 °, vor rămâne doar 150 kg. De fapt, fiecare satelit zboară într-un tunel invizibil, al cărui diametru depinde de capacitatea sa de a schimba viteza. Prin urmare, imediat ce sunt lansate, sateliții încearcă imediat să iasă pe panta dorită.

Drumuri pavate

Iată înclinarea utilizată pentru orbitatorii existenți care orbitează în prezent Pământul:

Dacă priviți cu atenție, veți vedea că unele orbite sunt folosite mai mult decât sateliții. Iată o imagine care arată mișcarea sateliților în jurul Pământului:

Orbită geostaționară (verde). Aceasta este o orbită circulară cu o altitudine de 36.000 km și o înclinație de 0 °. Sateliții săi sunt situați deasupra unui punct de pe suprafața pământului, așa că în diagramă orbita geostaționară corectă este indicată ca punct verde. Linia verde este deteriorată, sateliții defecți sau cei care au rămas fără combustibil. Orbita geostaționară este deranjată de lună, iar sateliții trebuie să consume combustibil doar pentru a rămâne pe loc. Sateliții de telecomunicații se află pe o astfel de orbită, astfel încât spațiul liber pe el este dificil de găsit.

Orbite GPS prin satelit (albastru și roșu). Aceste orbite se află la o altitudine de aproximativ 20.000 km și o înclinație de aproape 60 °. După cum sugerează și numele, sunt sateliți de navigație.

Orbite polare (galbene). Aceste orbite au o înclinație de aproximativ 90 ° și de obicei nu depășesc 1000 km altitudine. În acest caz, satelitul va zbura peste poli pe fiecare orbită și va vedea întreg teritoriul Pământului. O subspecie separată a acestor orbite sunt orbitele solare sincrone cu o altitudine de 600-800 km și o înclinație de 98 °, în care sateliții zboară peste diferite părți ale Pământului în același timp local. Astfel de orbite au sateliți meteorologici, cartografici și de recunoaștere.

Orbita ISS are 450 km înălțime și înclinată la 51,6 °.

Geografie fără inimă

Dar de ce avem nevoie de un nou spațiu spațial? Pentru că există o lege fizică foarte neplăcută:

Înclinarea inițială a orbitei nu poate fi mai mică decât latitudinea portului spațial.

Totul devine mai clar dacă trageți traiectoria satelitului pe harta Pământului:

Dacă începem de la Baikonur și ne îndreptăm spre est, vom obține o orbită cu o lățime a pantei de Baikonur - 45 ° (în roșu). Dacă ne întoarcem spre nord-est, cel mai nordic punct al orbitei va fi la nord de Baikonur, adică panta va fi mai mare (în galben). Dacă ne îndreptăm spre sud-est, orbita rezultată va avea cel mai nordic punct la nord de Baikonur și din nou, vom obține o pantă mai mare (în albastru).

Și o astfel de orbită este imposibilă din punct de vedere fizic, deoarece nu trece prin centrul masei Pământului. Mai precis, este imposibil pentru zborurile cu motorul oprit. Este posibil să fiți pe o astfel de orbită o vreme cu motorul pornit, dar combustibilul se va epuiza foarte repede.

Astfel, dacă vrem să lansăm sateliți pe orbită geostaționară nu din ecuator, trebuie cumva să curățăm înclinația orbitei, consumând combustibil. Aceste costuri explică de ce racheta Soyuz-2.1a lansează sateliți pe orbita geostaționară din portul spațial Kuru de lângă ecuator și nu folosește Baikonur în acest scop.

Rusia este o țară din nord. Și dacă pe orbita polară și pe orbitele GPS, acesta poate fi lansat în siguranță de la cosmodromul Plesetsk, care este situat la o latitudine de 63 °, atunci pentru orbita geostaționară, cu cât cosmodromul este mai la sud, cu atât mai bine. Și aici vine a doua problemă - nu fiecare zonă este potrivită pentru un spațiu.

Unde cad gradele

Toate rachetele moderne, atunci când sunt lansate, sateliții emit etapele consumate și cad pe Pământ. Dacă locul accidentului se află într-o altă țară, fiecare început trebuie negociat. Prin urmare, de exemplu, panta minimă a Cosmodromului Baikonur nu este de 45 °, ci de 51 °, pentru că altfel a doua etapă va cădea în China:

Și din cauza locului în care scade primul grad, este necesar să se negocieze cu Kazahstanul și să se plătească pentru utilizarea acestor zone. Uneori apar probleme și lansarea sateliților este întârziată. Zonele înstrăinate pentru scăderea gradelor nu sunt deloc mici:

Nu există locuri bune pentru un spațiu în partea europeană a Rusiei. În Caucaz, în zona Mozdok, ar putea, dar și de acolo, gradele secundare ar putea cădea în Kazahstan. Dacă o rachetă este trasă din Crimeea, prima etapă va cădea în așezările de lângă Rostov-pe-Don, iar a doua etapă va cădea din nou în Kazahstan.

Pe fondul acestor probleme, porturile spațiale americane au o varietate de pante accesibile.

Rusia și-ar putea folosi și coasta de est. De la un port spațial acolo va fi posibil să se găsească zone nelocuite pentru căderea etapelor de evacuare pentru cele mai populare înclinații: 51,6 ° (pentru Stația Spațială Internațională și orbita geostaționară), 64,8 ° (GLONASS, câțiva sateliți de observare), 98 ° (orbita polară).

Cosmodromul Vostochny va permite Rusiei să lanseze sateliți pe orbita geostaționară și ISS fără a fi nevoie să coordoneze aceste lansări cu alte țări și să plătească pentru utilizarea teritoriilor lor.