22 март 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Космическите тунели или защо им е на руснаците космодрум "Восточний"

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 25 април 2016 в 11:43114600

Преди дни РИА Новости съобщи, че за 27 април е насрочен първият старт на Союз-2.1а" от новия космодрум "Восточний". Филип Терехов, ракетен специалист, на страницата си в Live Journal обяснява защо е необходим космодрумът "Восточний", въпреки съществуването на Байконур и защо орбитата на космически кораб може да се сравни с тунел, както и да обясни къде падат използваните степени на ракетите.

Тунел в небето

Физиката на орбиталното движение е нещо съвсем различно от това, което си представя обикновеният човек. И дори добрите филми, които се стремят да са реалистични, дават напълно погрешно идея за това как летят спътниците и космическите кораби. Във филма "Гравитация" прелитаха от "Хъбъл" до МКС, а след това до китайска космическа станция. Дори и да не обръщаме внимание на разликата във височината на орбитите, един параметър на орбитално движение убива и най-малката възможност за такива полети. Този параметър се нарича "наклон на орбитата". 

Орбиталният наклон е ъгълът между равнината на орбитата на спътника и екваториалната плоскост.

Например в случая на "Гравитация" схемата е такава:

И това, че равнините на орбитите не съвпадат не е основният проблем. Истинският проблем е, че при по-ниска кръгова орбита (на "Хъбъл", МКС, "Tiangong" и на много други спътници орбитата е ниска кръгова) промяната на наклона е много скъпа. За да се "завърти" орбитата на 45°, трябва да се промени скоростта с 8 км/сек, толкова, колкото трябва, за да се влезе в орбита. А промяната на скоростта означава загуба на степени и разход на гориво. Това означава, че ако една ракета с тегло 300 тона извежда в орбита 7 тона, след промяната на наклона с 45° ще остане само 150 кг. Всъщност всеки спътник лети в невидим тунел, диаметърът на който зависи от неговата способност да променя скоростта си. Затова още при пускане, спътниците се опитват веднага да се изведат на желания наклон.

Утъпкани пътища

Ето  какъв наклон се използва за съществуващите орбитални апарати в момента на орбита около Земята:

Ако се вгледате внимателно, ще видите, че някои някои орбити се използват повече от спътниците. Ето една снимка, показваща движението на спътниците около Земята:

Геостационарна орбита (зелено). Това е кръгова орбита с височина 36 000 км и наклон от 0°. Спътниците на нея се намират над една точка от земната повърхност, затова на схемата правилна геостационарна орбита се посочва като зелена точка. Зелената линия са аварирали, неизправни сателити или такива, на които горивото е свършило. Геостационарната орбита се смущава от Луната и спътниците трябва да изразходват гориво само за да останат по местата си. На такава орбита са телекомуникационни сателити, така че свободно пространство върху нея е трудно да се намери.

Орбитите на GPS спътниците (синьо и червено). Тези орбити са на височина от около 20 000 км и наклон близо 60°. Както подсказва името, те са навигационни сателити.

Полярни орбити (жълто). Тези орбити са с наклон около 90° и обикновено не повече от 1000 км височина. В този случай сателитът ще лети над полюсите при всяка обиколка и ще вижда цялата територия на Земята. Отделен подвид на тези орбити са слънцесинхронните орбити с височина от 600-800 км и наклон от 98°, на които сателитите летят над различни части на Земята в едно и също местно време. Такива орбити имат метеорологични, картографски и разузнавателни сателити.

Орбитата на МКС е с височина от 450 км и под наклон от 51.6°.

Безсърдечната география

Но защо е нужен нов космодрум? Защото съществува един много неприятен физически закон:

Първоначалният наклон на орбитата не може да бъде по-малък от географската ширина на космодрума. 

Всичко става по-ясно, ако се начертае траекторията на сателита на картата на Земята:

Ако стартираме от Байконур и се насочим на изток, ще получим орбита с наклон ширината на Байконур - 45 ° (в червено). Ако се насочим на североизток, най-северната точка на орбитата ще бъде северно от Байконур, тоест наклонът ще бъде по-голям (в жълто). Ако се насочим на югоизток, получената орбита все едно ще има най-северна точка северно от Байконур и отново, ще получим по-голям наклон (в синьо).

А такава орбита е физически невъзможна, защото тя не минава през центъра на масата на Земята. По-точно, тя е невъзможна за полети с изключен двигател. Може за известно време да бъдете на такава орбита с включен двигател, но горивото ще свърши много бързо.

По този начин, ако искаме да изстрелваме сателити на геостационарна орбита не от екватора, трябва по някакъв начин да да се изчисти наклона на орбитата, изразходвайки гориво. Тези разходи обяснят защо ракетата "Союз-2.1а" извежда сателити на геостационарна орбита от космодрума Куру близо до екватора, а не използва за тази цел Байконур.

Русия е северна страна. И ако на полярна орбита и на GPS орбити може безопасно да да се стартира от космодрума Плесецк, който се намира на ширина от 63°, то за геостационарна орбита, колкото е по на юг космодрумът, толкова по-добре. И тук идва вторият проблем - не всяка територия е подходяща за космодрум.

Къде падат степените

Всички съвременни ракети при пускане сателитите отделят отработилите степени и те падат на Земята. Ако мястото на падането се намира в друга държава - трябва да се преговаря за всеки старт. Ето защо, например, минималният наклон на космодрума Байконур не е 45°, а 51°, защото в противен случай втората степен ще пада в Китай: 

А заради мястото на падане на първата степен е необходимо да се преговаря с Казахстан и да се плаща за използването на тези области. Понякога възникват проблеми и изстрелването на спътниците се бави. Районите, отчуждени за падане на степени, никак не са малки:

В европейската част на Русия няма добри места за космодрум. В Кавказ, в областта на Моздок би могло, но и от там е възможно вторите степени да попадат в Казахстан. Ако се изстреля ракета от Крим, първата степен ще пада в населените места в близост до Ростов на Дон, а втората степен отново ще пада в Казахстан.

На фона на тези проблеми американските космодруми имат разнообразие от достъпни наклони.


Русия би могла да използва също източното си крайбрежие. От един космодрум там ще бъде възможно да се намерят ненаселени райони за падането на отработените степени за най-популярните наклони: 51,6° (за Международната космическа станция и геостационарна орбита), 64.8° (GLONASS, някои сателити за наблюдение), 98° (полярна орбита).

Космодрумът Восточний ще даде възможност на Русия да извежда спътници на геостационарна орбита и на МКС без да е необходимо да се съгласуват тези изстрелвания с други страни и да се плаща за използването на техни територии. 


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.