Svemirski tuneli i željezo na glavi ili zašto nam treba kozmodrom Vostochny

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Neki dan su me zamolili da pogledam infografiku RIA Novosti, posvećenu prvom lansiranju s kozmodroma Vostochny. I bit će jedno veliko pojednostavljenje zbog ograničenja formata materijala. Zapravo, ne trebamo kozmodrom Vostochny jer se većina civilnih lansiranja odvija s kozmodroma Baikonur.

Ali da bismo objasnili zašto nam je to potrebno, morat ćemo reći zašto se orbita letjelice može usporediti s tunelom, te objasniti kakvo "željezo" pada s neba i na koga pada.

Tunel na nebu

Fizika orbitalnog kretanja potpuno je kontraintuitivna. Dapače, to je suprotno od onoga što obična osoba zamišlja. Pa čak i dobri filmovi, koji naizgled teže realizmu, daju potpuno pogrešnu predodžbu o tome kako lete sateliti i svemirski brodovi. Sjećate li se "Gravitacije", koja je slavno letjela s Hubblea na ISS, a zatim na kinesku postaju? Čak i ako odbacimo razliku u orbitalnim visinama, jedan parametar orbitalnog gibanja ubija i najmanju šansu za takve letove. Ovaj parametar se naziva "orbitalni nagib".

Nagib orbiteje kut između ravnine satelitske orbite i ravnine ekvatora (za Zemljin satelit)

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

A to što se ravnine orbita uopće ne poklapaju nije problem. Prava je nevolja što je za nisku kružnu orbitu (a Hubble, ISS, Tiangong i masa drugih satelita niska kružna orbita) promjena nagiba vrlo skupa. Da bismo "rotirali" orbitu za 45°, morat ćemo promijeniti brzinu za oko 8 km/s, onoliko koliko nam je bilo potrebno za ulazak u orbitu. A promjena brzine je trošenje goriva i resetiranje 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 promjer ovisi o njegovoj sposobnosti da promijeni svoju brzinu. Stoga, prilikom lansiranja satelita, pokušavaju ih odmah dovesti do željenog nagiba.

Utabane ceste

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

Ako dobro 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 s visinom od 36 000 km i nagibom od 0°. Satelit na njemu nalazi se iznad jedne točke na zemljinoj površini, stoga je na slici ispravna geostacionarna orbita označena zelenom točkom. Zelene petlje su neispravni sateliti ili nema goriva. Geostacionarna orbita je pod uznemirujućim utjecajem Mjeseca i morate potrošiti gorivo samo da biste ostali na mjestu. Ovu orbitu naseljavaju telekomunikacijski sateliti, koji su isplativi, 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, nose navigacijske satelite.

Polarne orbite (žuta boja). Ove orbite su nagnute u području od 90 °, a visina obično nije veća od 1000 km. U tom slučaju, satelit će letjeti iznad polova svaki okret i vidjeti cijeli teritorij Zemlje. Zasebna 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. Te su orbite 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

Dobro, dobro, skužili smo raspoloženja, reći će čitatelj. A gdje je kozmodrom? Činjenica je da postoji tako neugodan fizički zakon:

Početni nagib orbite ne može biti manji od geografske širine kozmodroma

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

Ako, počevši od Baikonura, počnemo ubrzavati prema istoku, tada ćemo dobiti orbitu s nagibom Baikonurske širine, 45 ° (crveno). Ako počnemo ubrzavati prema sjeveroistoku, tada će najsjevernija točka orbite biti sjeverno od Baikonura, odnosno nagib će biti veći (žuti). Ako pokušamo prevariti i počnemo ubrzavati prema jugoistoku, onda će rezultirajuća orbita i dalje imati najsjeverniju točku sjeverno od Baikonura i, opet, veći nagib (plavo).

Ali takva orbita je fizički nemoguća, jer ne prolazi kroz središte mase Zemlje. Točnije, nemoguće je letjeti s ugašenim motorom. U takvoj orbiti možete biti neko vrijeme s upaljenim motorom, ali će gorivo vrlo brzo nestati.

Dakle, ako želimo lansirati satelite u geostacionarnu orbitu ne s ekvatora, moramo nekako resetirati orbitalni nagib, trošeći gorivo. Upravo ti troškovi objašnjavaju zašto ista raketa Soyuz-2.1a uspješno lansira satelite u geostacionarnu orbitu s kozmodroma Kuru blizu ekvatora, ali se ne koristi za te zadatke s Bajkonura.

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

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 kozmodroma Baikonur nije 45 °, već 51 °, jer će inače druga faza pasti u Kinu:

A na mjestu gdje je pala prva faza, morate pregovarati s Kazahstanom i platiti korištenje ovih površina. Ponekad se pojave problemi i lansiranje satelita kasni. Područja pada moraju se otuđiti prilično velika:

A u europskom dijelu Rusije nema dobrih mjesta za kozmodrom. Igrao sam se s kartama, na Kavkazu možete izbjeći i pokušati lansirati iz regije Mozdok, ali i tada ćete morati pokušati da druge etape ne padnu u Kazahstan. Ako lansirate raketu s Krima, prva će faza pasti u naseljena mjesta u blizini Rostova na Donu, a druga će opet nastojati pasti u Kazahstan. I to ne uzimajući u obzir infrastrukturne probleme u obje opcije. S obzirom na to, 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 kozmodrom, tada će biti moguće pronaći udaljena područja za pad istrošenih stupnjeva za najzahtjevnije nagibe: 51, 6 ° (prema ISS-u i geostacionarnoj orbiti), 64, 8 ° (GLONASS, neki sateliti koji otkrivaju Zemlju), 98 ° (u polarnu orbitu).

Još jednom teza

Kozmodrom Vostochny omogućit će nam lansiranje tereta u geostacionarnu orbitu i na ISS bez potrebe da koordiniramo ta lansiranja s drugim zemljama i plaćamo im korištenje isključenih područja. Nalazi se u južnom dijelu zemlje i pruža početni nagib orbite ništa lošiji od Baikonura. Neracionalno je graditi lansirni kompleks za novu raketu-nosač Angara na Bajkonuru (još jednom, koordinacija lansiranja i područja pada), ali iz Vostochnyja neće imati ništa manje nosivosti.

Lijepa sitnica: novi lansirni kompleks s 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, poticaj razvoju teritorija, znanstvenog grada i tako dalje.

UPD: infografika out. Šteta, nismo imali vremena precrtati raspored satelita. Ipak vrlo kratko, pokušali smo objasniti što je ovdje napisano. Po meni je lijepo ispalo.