Διαστημικές σήραγγες και σίδερο στο κεφάλι ή γιατί χρειαζόμαστε το κοσμοδρόμιο Vostochny

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Τις προάλλες μου ζήτησαν να συμβουλευτώ το infographic του RIA Novosti, αφιερωμένο στην πρώτη εκτόξευση από το κοσμοδρόμιο Vostochny. Και θα υπάρξει μια σημαντική απλοποίηση λόγω των περιορισμών της μορφής του υλικού. Στην πραγματικότητα, δεν χρειαζόμαστε το κοσμοδρόμιο Vostochny γιατί η πλειονότητα των πολιτικών εκτοξεύσεων πραγματοποιείται από το κοσμοδρόμιο του Baikonur.

Αλλά για να εξηγήσουμε γιατί το χρειαζόμαστε, θα πρέπει να πούμε γιατί η τροχιά ενός διαστημικού σκάφους μπορεί να συγκριθεί με μια σήραγγα και επίσης να εξηγήσουμε τι είδους «σίδερο» πέφτει από τον ουρανό και σε ποιον πέφτει.

Σήραγγα στον ουρανό

Η φυσική της τροχιακής κίνησης είναι εντελώς αντίθετη. Μάλλον, είναι το αντίθετο από αυτό που φαντάζεται ένας συνηθισμένος άνθρωπος. Και ακόμη και οι καλές ταινίες, που φαινομενικά προσπαθούν για ρεαλισμό, δίνουν μια εντελώς λανθασμένη ιδέα για το πώς πετούν οι δορυφόροι και τα διαστημόπλοια. Θυμάστε το "Gravity", που πέταξε περίφημα από το Hubble στον ISS και μετά στον κινεζικό σταθμό; Ακόμα κι αν απορρίψουμε τη διαφορά στα ύψη των τροχιών, μια παράμετρος τροχιακής κίνησης σκοτώνει ακόμη και την παραμικρή πιθανότητα τέτοιων πτήσεων. Αυτή η παράμετρος ονομάζεται "τροχιακή κλίση".

Κλίση τροχιάς είναι η γωνία μεταξύ του επιπέδου της τροχιάς του δορυφόρου και του επιπέδου του ισημερινού (για έναν δορυφόρο της Γης)

Για παράδειγμα, για την περίπτωση του "Gravity" η εικόνα θα είναι η εξής:

Και το ότι τα επίπεδα των τροχιών δεν συμπίπτουν καθόλου δεν είναι πρόβλημα. Το πραγματικό πρόβλημα είναι ότι για μια χαμηλή κυκλική τροχιά (και το Hubble, το ISS, το Tiangong και η μάζα άλλων δορυφόρων είναι μια χαμηλή κυκλική τροχιά), η αλλαγή στην κλίση είναι πολύ ακριβή. Για να «περιστρέψουμε» την τροχιά κατά 45°, θα πρέπει να αλλάξουμε την ταχύτητά μας κατά περίπου 8 km/s, όσο χρειαζόμασταν για να μπούμε σε τροχιά. Και η αλλαγή της ταχύτητας είναι σπατάλη καυσίμου και επαναφορά σταδίων. Δηλαδή, εάν ένας πύραυλος με μάζα 300 τόνων φέρει 7 τόνους σε τροχιά, τότε μετά από αλλαγή κλίσης κατά 45 °, θα παραμείνουν μόνο 150 κιλά. Στην πραγματικότητα, κάθε τροχιακός πετά μέσα σε ένα αόρατο τούνελ, η διάμετρος του οποίου εξαρτάται από την ικανότητά του να αλλάζει την ταχύτητά του. Επομένως, όταν εκτοξεύουν δορυφόρους, προσπαθούν να τους φέρουν αμέσως στην επιθυμητή κλίση.

Χτυπημένοι δρόμοι

Ποια κλίση χρησιμοποιείται για τα υπάρχοντα τροχιακά; Υπάρχουν πολλοί δορυφόροι στην τροχιά της Γης τώρα:

Αν κοιτάξετε προσεκτικά, μπορείτε να δείτε ότι υπάρχουν περισσότεροι δορυφόροι σε ορισμένες τροχιές. Ακολουθεί μια εικόνα που δείχνει την κίνηση των δορυφόρων σε σχέση με τη Γη:

Γεωστατική τροχιά (πράσινος). Είναι μια κυκλική τροχιά με υψόμετρο 36.000 km και κλίση 0 °. Ο δορυφόρος σε αυτόν βρίσκεται πάνω από ένα σημείο στην επιφάνεια της γης, επομένως, στην εικόνα, η σωστή γεωστατική τροχιά υποδεικνύεται με μια πράσινη κουκκίδα. Οι πράσινοι βρόχοι είναι ελαττωματικοί δορυφόροι ή δεν έχουν καύσιμα. Η γεωστατική τροχιά βρίσκεται υπό την ανησυχητική επιρροή του φεγγαριού και πρέπει να ξοδέψετε καύσιμα μόνο για να παραμείνετε στη θέση τους. Αυτή η τροχιά κατοικείται από τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους, οι οποίοι είναι κερδοφόροι, επομένως είναι ήδη δύσκολο να βρεθούν κενές θέσεις σε αυτήν.

GLONAS / τροχιές GPS (μπλε και κόκκινο). Αυτές οι τροχιές έχουν υψόμετρο περίπου 20.000 χιλιομέτρων και κλίση περίπου 60 °. Όπως υποδηλώνει το όνομα, φέρουν δορυφόρους πλοήγησης.

Πολικές τροχιές (κίτρινος). Αυτές οι τροχιές έχουν κλίση στην περιοχή των 90° και το υψόμετρο συνήθως δεν υπερβαίνει τα 1000 km. Σε αυτή την περίπτωση, ο δορυφόρος θα πετά πάνω από τους πόλους κάθε περιστροφή και θα βλέπει ολόκληρη την επικράτεια της Γης. Ένα ξεχωριστό υποείδος τέτοιων τροχιών είναι οι ηλιακές-σύγχρονες τροχιές με υψόμετρο 600-800 km και κλίση 98 °, στις οποίες οι δορυφόροι πετούν πάνω από διαφορετικά μέρη της Γης περίπου την ίδια τοπική ώρα. Αυτές οι τροχιές έχουν ζήτηση για μετεωρολογικούς, χαρτογραφικούς και αναγνωριστικούς δορυφόρους.

Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί η τροχιά του ISS με υψόμετρο 450 km και κλίση 51,6 °.

Άκαρδη γεωγραφία

Λοιπόν, καλά, καταλάβαμε τις διαθέσεις, θα πει ο αναγνώστης. Και πού βρίσκεται το κοσμοδρόμιο; Το γεγονός είναι ότι υπάρχει ένας τόσο δυσάρεστος φυσικός νόμος:

Η αρχική κλίση της τροχιάς δεν μπορεί να είναι μικρότερη από το γεωγραφικό πλάτος του κοσμοδρόμου

Γιατί αυτό? Όλα γίνονται πιο ξεκάθαρα αν σχεδιάσουμε την τροχιά του δορυφόρου στον χάρτη της Γης:

Εάν, ξεκινώντας από το Baikonur, αρχίσουμε να επιταχύνουμε προς τα ανατολικά, τότε έχουμε μια τροχιά με κλίση γεωγραφικού πλάτους Baikonur, 45 ° (κόκκινο). Αν αρχίσουμε να επιταχύνουμε προς τα βορειοανατολικά, τότε το βορειότερο σημείο της τροχιάς θα είναι βόρεια του Μπαϊκονούρ, δηλαδή η κλίση θα είναι μεγαλύτερη (κίτρινη). Εάν προσπαθήσουμε να εξαπατήσουμε και αρχίσουμε να επιταχύνουμε προς τα νοτιοανατολικά, τότε η τροχιά που θα προκύψει θα έχει ακόμα το βορειότερο σημείο βόρεια του Μπαϊκονούρ και, πάλι, μεγαλύτερη κλίση (μπλε).

Αλλά μια τέτοια τροχιά είναι φυσικά αδύνατη, επειδή δεν διέρχεται από το κέντρο μάζας της Γης. Πιο συγκεκριμένα, είναι αδύνατο να πετάξεις με σβηστό κινητήρα. Μπορείτε να είστε σε μια τέτοια τροχιά για κάποιο χρονικό διάστημα με τον κινητήρα σε λειτουργία, αλλά το καύσιμο θα εξαντληθεί πολύ γρήγορα.

Έτσι, εάν θέλουμε να εκτοξεύουμε δορυφόρους σε γεωστατική τροχιά όχι από τον ισημερινό, πρέπει να επαναφέρουμε με κάποιο τρόπο την τροχιακή κλίση, καταναλώνοντας καύσιμο. Είναι αυτό το κόστος που εξηγεί γιατί ο ίδιος πύραυλος Soyuz-2.1a εκτοξεύει με επιτυχία δορυφόρους σε γεωστατική τροχιά από το κοσμοδρόμιο Kuru κοντά στον ισημερινό, αλλά δεν χρησιμοποιείται για αυτές τις εργασίες από το Baikonur.

Η Ρωσία είναι μια βόρεια χώρα. Και αν οι δορυφόροι μπορούν να εκτοξευθούν με ασφάλεια σε πολικές και τροχιές GLONASS από το Plesetsk, το οποίο βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 63 °, τότε για μια γεωστατική τροχιά, όσο πιο νότια βρίσκεται το κοσμοδρόμιο, τόσο το καλύτερο. Και εδώ τίθεται σε ισχύ το δεύτερο πρόβλημα - δεν είναι κάθε περιοχή κατάλληλη για ένα κοσμοδρόμιο.

Πήγαινε στο kumpol

Όλοι οι σύγχρονοι πύραυλοι, κατά την εκτόξευση ενός δορυφόρου, ρίχνουν ξοδευμένα στάδια και φέρινγκ μύτης που πέφτουν στη Γη. Εάν η τοποθεσία συντριβής βρίσκεται σε άλλη χώρα, θα πρέπει να διαπραγματευτείτε με αυτήν τη χώρα για κάθε εκκίνηση. Επομένως, για παράδειγμα, η ελάχιστη κλίση του κοσμοδρόμου του Μπαϊκονούρ δεν είναι 45 °, αλλά 51 °, γιατί διαφορετικά το δεύτερο στάδιο θα πέσει στην Κίνα:

Και στο σημείο όπου έπεσε το πρώτο στάδιο, πρέπει να διαπραγματευτείτε με το Καζακστάν και να πληρώσετε για τη χρήση αυτών των περιοχών. Μερικές φορές προκύπτουν προβλήματα και η εκτόξευση δορυφόρων καθυστερεί. Οι περιοχές του φθινοπώρου πρέπει να αποξενωθούν αρκετά μεγάλες:

Και στο ευρωπαϊκό τμήμα της Ρωσίας δεν υπάρχουν καλά μέρη για κοσμοδρόμιο. Έπαιξα με τους χάρτες, στον Καύκασο μπορείτε να αποφύγετε και να προσπαθήσετε να εκτοξευτείτε από την περιοχή του Μοζντόκ, αλλά ακόμα και τότε θα πρέπει να προσπαθήσετε ώστε τα δεύτερα στάδια να μην πέσουν στο Καζακστάν. Εάν εκτοξεύσετε έναν πύραυλο από την Κριμαία, το πρώτο στάδιο θα πέσει σε κατοικημένες περιοχές κοντά στο Rostov-on-Don και το δεύτερο στάδιο θα προσπαθήσει ξανά να πέσει στο Καζακστάν. Και αυτό δεν λαμβάνει υπόψη τα προβλήματα υποδομής και στις δύο επιλογές. Σε αυτό το υπόβαθρο, θα δείτε τις κλίσεις που είναι διαθέσιμες για τα διαστημικά λιμάνια των ΗΠΑ και θα λυπηθείτε για την ακαρδία της φυσικής και της γεωγραφίας.

Έχουμε όμως και ανατολική ακτή. Και, αν τοποθετήσουμε το κοσμοδρόμιο εκεί, τότε θα είναι δυνατό να βρούμε απομακρυσμένες περιοχές για την πτώση των αναλώσιμων σταδίων για τις πιο απαιτούμενες κλίσεις: 51, 6 ° (προς το ISS και γεωστατική τροχιά), 64, 8 ° (GLONASS, ορισμένοι δορυφόροι ανίχνευσης της Γης), 98 ° (σε πολική τροχιά).

Για άλλη μια φορά διατριβή

Το κοσμοδρόμιο Vostochny θα μας επιτρέψει να εκτοξεύουμε ωφέλιμα φορτία στη γεωστατική τροχιά και στο ISS χωρίς να χρειάζεται να συντονίσουμε αυτές τις εκτοξεύσεις με άλλες χώρες και να τις πληρώσουμε για τη χρήση των περιοχών αποκλεισμού. Βρίσκεται στο νότιο τμήμα της χώρας και παρέχει μια αρχική τροχιακή κλίση όχι χειρότερη από το Baikonur. Είναι παράλογο να κατασκευαστεί ένα συγκρότημα εκτόξευσης για το νέο όχημα εκτόξευσης Angara στο Baikonur (για άλλη μια φορά, συντονισμός εκτοξεύσεων και περιοχών συντριβής), αλλά από το Vostochny δεν θα παρέχει λιγότερο ωφέλιμο φορτίο.

Ωραίο μικρό πράγμα: το νέο συγκρότημα εκτόξευσης με πύργο εξυπηρέτησης, όπως στην Κουρού, θα επιτρέψει την εκτόξευση δυτικών ωφέλιμων φορτίων, τα οποία πρέπει να τοποθετηθούν στο όχημα εκτόξευσης σε όρθια θέση.

Ένα μπόνους είναι επίσης η ανάπτυξη υποδομών, μια ώθηση για την ανάπτυξη της επικράτειας, μιας επιστημονικής πόλης κ.λπ.

UPD: infographic out. Κρίμα, δεν προλάβαμε να ξανασχεδιάσουμε την τοποθέτηση των δορυφόρων. Ακόμα πολύ σύντομα, προσπαθήσαμε να εξηγήσουμε τι γράφεται εδώ. Κατά τη γνώμη μου, βγήκε ωραία.