Svemirski tuneli i gvožđe na glavi ili zašto nam treba kosmodrom Vostočni

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Pre neki dan su me zamolili da konsultujem infografiku RIA Novosti, posvećenu prvom lansiranju sa kosmodroma Vostočni. I bit će jedno veliko pojednostavljenje zbog ograničenja formata materijala. U stvari, kosmodrom Vostočni nam nije potreban jer se većina civilnih lansiranja odvija sa kosmodroma Bajkonur.

Ali da bismo objasnili zašto nam je to potrebno, moraćemo da kažemo zašto se orbita letelice može uporediti sa tunelom, kao i da objasnimo kakvo „gvožđe“pada sa neba i na koga pada.

Tunel na nebu

Fizika orbitalnog kretanja je potpuno kontraintuitivna. Umjesto toga, to je suprotno od onoga što običan čovjek zamišlja. Pa čak i dobri filmovi, koji naizgled teže realizmu, daju potpuno pogrešnu predstavu o tome kako sateliti i svemirski brodovi lete. Sjećate li se "Gravitacije", koja je čuvena letjela sa Habla na ISS, a zatim na kinesku stanicu? Čak i ako odbacimo razliku u orbitalnim visinama, jedan parametar orbitalnog kretanja ubija i najmanju šansu za takve letove. Ovaj parametar se naziva "orbitalni nagib".

Nagib orbiteje ugao između ravnine orbite satelita i ravnine ekvatora (za Zemljin satelit)

Na primjer, za slučaj "Gravitacije" slika će biti ovakva:

A to što se ravni orbita uopšte ne poklapaju nije problem. Prava nevolja je u tome što je za nisku kružnu orbitu (a Hubble, ISS, Tiangong i masa drugih satelita niska kružna orbita) promjena nagiba je vrlo skupa. Da bismo "rotirali" orbitu za 45°, morat ćemo promijeniti brzinu za oko 8 km/s, koliko nam je bilo potrebno za ulazak u orbitu. A promjena brzine je trošenje goriva i resetovanje faza. Odnosno, ako raketa mase 300 tona u orbitu stavi 7 tona, tada će nakon promjene nagiba za 45 ° ostati samo 150 kilograma. Zapravo, svaki orbiter leti unutar nevidljivog tunela, čiji prečnik zavisi od njegove sposobnosti da promeni svoju brzinu. Stoga, prilikom lansiranja satelita, pokušavaju ih odmah dovesti na željeni nagib.

Utabani putevi

Koji nagib se koristi za postojeće orbitere? Sada postoji mnogo satelita u Zemljinoj orbiti:

Ako bolje pogledate, možete vidjeti da u nekim orbitama ima više satelita. Evo slike koja prikazuje kretanje satelita u odnosu na Zemlju:

Geostacionarna orbita (zeleno). To je kružna orbita sa visinom od 36.000 km i nagibom od 0°. Satelit na njemu nalazi se iznad jedne tačke na površini zemlje, pa je na slici ispravna geostacionarna orbita označena zelenom tačkom. Zelene petlje su neispravni sateliti ili nema goriva. Geostacionarna orbita je pod uznemirujućim uticajem Meseca i potrebno je da potrošite gorivo samo da biste ostali na mestu. Ovu orbitu naseljavaju telekomunikacioni sateliti, koji su profitabilni, pa je na njoj već sada teško pronaći slobodna mjesta.

GLONAS / GPS orbite (plava i crvena). Ove orbite imaju visinu od približno 20.000 kilometara i nagib oko 60°. Kao što naziv implicira, oni nose navigacijske satelite.

Polarne orbite (žuta). Ove orbite su nagnute u području od 90 °, a visina obično nije veća od 1000 km. U tom slučaju, satelit će prelijetati polove svakim okretajem i vidjeti će cijelu teritoriju Zemlje. Posebna podvrsta takvih orbita su sunčane sinkrone orbite s visinom od 600-800 km i nagibom od 98 °, u kojima sateliti lete iznad različitih dijelova Zemlje u približno istom lokalnom vremenu. Ove orbite su tražene za meteorološke, kartografske i izviđačke satelite.

Osim toga, treba napomenuti orbitu ISS-a s visinom od 450 km i nagibom od 51,6 °.

Bezdušna geografija

Pa, dobro, shvatili smo raspoloženja, reći će čitatelj. A gdje je kosmodrom? Činjenica je da postoji tako neugodan fizički zakon:

Početni nagib orbite ne može biti manji od geografske širine kosmodroma

Žašto je to? Sve postaje jasnije ako na karti Zemlje nacrtamo putanju satelita:

Ako, počevši od Bajkonura, počnemo ubrzavati prema istoku, tada ćemo dobiti orbitu sa nagibom Bajkonurske geografske širine, 45 ° (crveno). Ako počnemo ubrzavati prema sjeveroistoku, tada će najsjevernija tačka orbite biti sjeverno od Bajkonura, odnosno nagib će biti veći (žuti). Ako pokušamo da prevarimo i počnemo ubrzavati prema jugoistoku, onda će rezultirajuća orbita i dalje imati najsjeverniju tačku sjeverno od Bajkonura i, opet, veći nagib (plavo).

Ali takva orbita je fizički nemoguća, jer ne prolazi kroz centar mase Zemlje. Tačnije, nemoguće je letjeti sa ugašenim motorom. Možete biti u takvoj orbiti neko vrijeme s upaljenim motorom, ali će gorivo vrlo brzo nestati.

Dakle, ako želimo da lansiramo satelite u geostacionarnu orbitu ne sa ekvatora, moramo nekako resetovati orbitalni nagib, trošeći gorivo. Upravo ti troškovi objašnjavaju zašto ista raketa Sojuz-2.1a uspješno lansira satelite u geostacionarnu orbitu sa kosmodroma Kuru blizu ekvatora, ali se ne koristi za te zadatke sa Bajkonura.

Rusija je sjeverna zemlja. A ako se sateliti mogu sigurno lansirati u polarne i GLONASS orbite iz Plesetska, koji se nalazi na geografskoj širini od 63 °, onda za geostacionarnu orbitu, što se kosmodrom nalazi južnije, to bolje. I ovdje stupa na snagu drugi problem - nije svaka teritorija pogodna za kosmodrom.

Zakorači na kumpol

Sve moderne rakete, prilikom lansiranja satelita, ispuštaju istrošene stepenice i nosne obloge koje padaju na Zemlju. Ako je mjesto pada u drugoj zemlji, morate pregovarati s tom zemljom za svako lansiranje. Stoga, na primjer, minimalni nagib kosmodroma Baikonur nije 45 °, već 51 °, jer će u suprotnom druga faza pasti u Kinu:

A na mestu gde je pala prva etapa, morate pregovarati sa Kazahstanom i platiti korišćenje ovih površina. Ponekad se pojave problemi i lansiranje satelita se odgodi. Područja pada moraju se otuđiti prilično velika:

A u evropskom dijelu Rusije nema dobrih mjesta za kosmodrom. Igrao sam se sa mapama, na Kavkazu možete izbjeći i pokušati lansirati iz regije Mozdok, ali i tada ćete morati pokušati da druga etapa ne padne u Kazahstan. Ako lansirate raketu sa Krima, prva faza će pasti u naseljena područja u blizini Rostova na Donu, a druga će opet nastojati da padne u Kazahstan. I to ne uzimajući u obzir infrastrukturne probleme u obje opcije. U tom kontekstu, pogledat ćete sklonosti koje su dostupne američkim svemirskim lukama i požaliti zbog bezdušnosti fizike i geografije.

Ali imamo i istočnu obalu. A, ako tamo postavimo kosmodrom, tada će biti moguće pronaći udaljena područja za pad istrošenih stupnjeva za najzahtjevnije nagibe: 51, 6 ° (do ISS-a i geostacionarne orbite), 64, 8 ° (GLONASS, neki sateliti senzori Zemlje), 98° (u polarnu orbitu).

Još jednom teza

Kosmodrom Vostočni će nam omogućiti da lansiramo korisne terete u geostacionarnu orbitu i na ISS bez potrebe da koordiniramo ova lansiranja sa drugim zemljama i plaćamo im korišćenje zona isključenja. Nalazi se u južnom dijelu zemlje i pruža početni nagib orbite ništa lošiji od Bajkonura. Neracionalno je graditi lansirni kompleks za novu raketu lansirnu raketu Angara na Bajkonuru (još jednom, koordinacija lansiranja i područja pada), ali sa Vostočnog neće imati manje nosivosti.

Lijepa sitnica: novi lansirni kompleks sa servisnim tornjem, kao u Kourouu, omogućit će lansiranje zapadnog tereta, koji se mora montirati na raketu-nosač u uspravnom položaju.

Bonus je i razvoj infrastrukture, podsticaj razvoju teritorije, naučnog grada i tako dalje.

UPD: infografika out. Šteta, nismo imali vremena da precrtamo raspored satelita. Ipak, vrlo ukratko, pokušali smo da objasnimo šta ovde piše. Po mom mišljenju, ispalo je lepo.