Űralagutak és vas a fejen, vagy miért van szükségünk a Vosztocsnij kozmodrómra

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A minap felkértek, hogy tekintsem meg a RIA Novosti infografikáját, amelyet a Vosztocsnij kozmodrómról való első kilövésnek szenteltek. És lesz egy jelentős egyszerűsítés az anyag formátumának korlátai miatt. Valójában nincs szükségünk a Vosztocsnij kozmodromra, mert a polgári kilövések többsége a Bajkonuri kozmodromról történik.

De ahhoz, hogy megmagyarázzuk, miért van rá szükségünk, el kell mondanunk, miért hasonlítható az űrhajó pályája egy alagúthoz, és azt is, hogy milyen „vas” esik az égből, és kire esik.

Alagút az égen

Az orbitális mozgás fizikája teljesen ellentétes az intuitív hatásokkal. Inkább az ellenkezője annak, amit egy hétköznapi ember elképzel. És még a látszólag realizmusra törekvő jó filmek is teljesen rossz képet adnak arról, hogyan repülnek a műholdak és az űrhajók. Emlékszel a "Gravity"-ra, amely híresen a Hubble-ról az ISS-re, majd a kínai állomásra repült? Még ha el is vetjük a pályamagasságok különbségét, a pályamozgás egyik paramétere az ilyen repülések legkisebb esélyét is megöli. Ezt a paramétert "pályahajlásnak" nevezik.

Pályahajlása műhold pályájának síkja és az egyenlítő síkja közötti szög (földi műhold esetén)

Például a "Gravitáció" esetében a kép a következő lesz:

Az pedig, hogy a pályák síkjai egyáltalán nem esnek egybe, nem baj. Az igazi baj az, hogy alacsony körpályán (és a Hubble, az ISS, a Tiangong és a többi műhold tömege alacsony körpályán áll) a dőlésmódosítás nagyon költséges. Ahhoz, hogy a pályát 45 fokkal "elforgathassuk", körülbelül 8 km/s-kal kell változtatnunk a sebességünkön, ami annyi, amennyire a pályára lépéshez szükségünk volt. A sebesség megváltoztatása pedig az üzemanyag pazarlása és a fokozatok visszaállítása. Vagyis ha egy 300 tonna tömegű rakéta 7 tonnát állít pályára, akkor a dőlésszög 45 ° -os változása után csak 150 kilogramm marad. Valójában minden keringő egy láthatatlan alagútban repül, amelynek átmérője attól függ, hogy képes-e megváltoztatni a sebességét. Ezért a műholdak felbocsátásakor igyekeznek azonnal a kívánt dőlésszögbe hozni azokat.

Letaposott utak

Milyen dőlést használnak a meglévő keringőkhöz? Jelenleg sok műhold kering a Föld pályáján:

Ha alaposan megnézi, láthatja, hogy néhány pályán több műhold is van. Itt van egy kép, amely a műholdak mozgását mutatja a Földhöz képest:

Geostacionárius pálya (zöld). Ez egy kör alakú pálya, amelynek magassága 36 000 km, dőlésszöge 0 °. A rajta lévő műhold a földfelszín egy pontja felett helyezkedik el, ezért a képen a helyes geostacionárius pályát zöld pont jelzi. A zöld hurkok hibás műholdak, vagy kifogyott az üzemanyag. A geostacionárius pálya a Hold zavaró hatása alatt áll, és üzemanyagot kell költenie, hogy a helyén maradjon. Ezt a pályát telekommunikációs műholdak lakják, amelyek jövedelmezőek, így már nehéz szabad helyeket találni rajta.

GLONAS / GPS kering (kék és piros). Ezeknek a pályáknak a magassága körülbelül 20 000 kilométer, a dőlésük pedig körülbelül 60 °. Ahogy a neve is sugallja, navigációs műholdakat szállítanak.

Poláris pályák (sárga). Ezek a pályák 90°-os szögben hajlanak, és a tengerszint feletti magasság általában nem haladja meg az 1000 km-t. Ebben az esetben a műhold minden fordulatban átrepül a pólusok felett, és látni fogja a Föld teljes területét. Az ilyen pályák külön alfaja a napszinkron pályák, amelyek magassága 600-800 km és dőlésszöge 98 °, amelyekben a műholdak a Föld különböző részein repülnek körülbelül azonos helyi időben. Ezekre a pályákra igény van meteorológiai, térképészeti és felderítő műholdakra.

Ezenkívül meg kell jegyezni az ISS pályáját, amelynek magassága 450 km és dőlésszöge 51,6 °.

Szívtelen földrajz

Na, hát kitaláltuk a hangulatokat – mondja majd az olvasó. És hol van a kozmodrom? A tény az, hogy van egy ilyen kellemetlen fizikai törvény:

A pálya kezdeti dőlése nem lehet kisebb, mint a kozmodróm szélessége

Miert van az? Minden világosabbá válik, ha felrajzoljuk a műhold pályáját a Föld térképére:

Ha Bajkonurból kiindulva gyorsulni kezdünk kelet felé, akkor egy 45°-os (piros) Bajkonur szélességi szögű pályát kapunk. Ha északkelet felé kezdünk gyorsulni, akkor a pálya legészakibb pontja Bajkonurtól északra lesz, vagyis nagyobb lesz a dőlés (sárga). Ha megpróbálunk csalni, és elkezdünk gyorsulni délkelet felé, akkor az így létrejövő pályán továbbra is a legészakibb pontja lesz Bajkonurtól északra, és ismét nagyobb a dőlésszöge (kék).

De egy ilyen pálya fizikailag lehetetlen, mert nem halad át a Föld tömegközéppontján. Pontosabban, kikapcsolt motorral lehetetlen repülni. Járó motor mellett lehet egy ideig ilyen pályán lenni, de az üzemanyag nagyon gyorsan elfogy.

Így ha nem az Egyenlítőről akarunk műholdakat geostacionárius pályára állítani, akkor üzemanyagot fogyasztva valahogy vissza kell állítani a pálya dőlését. Ezek a költségek magyarázzák, hogy ugyanaz a Szojuz-2.1a rakéta miért küld sikeresen műholdakat geostacionárius pályára az Egyenlítő közelében lévő Kuru kozmodrómról, de miért nem használják Bajkonurból ezekre a feladatokra.

Oroszország északi ország. És ha a műholdak biztonságosan indíthatók poláris és GLONASS pályára a 63 ° -os szélességi körön található Plesetskből, akkor geostacionárius pálya esetén minél délebbre található a kozmodrom, annál jobb. És itt lép életbe a második probléma – nem minden terület alkalmas kozmodromnak.

Lépj a kumpolra

Minden modern rakéta, amikor egy műholdat felbocsát, leejti a Földre eső kiégett fokozatokat és orrburkolatokat. Ha a becsapódás helyszíne egy másik országban van, akkor minden egyes kilövésről tárgyalnia kell ezzel az országgal. Ezért például a Bajkonur kozmodrom minimális dőlése nem 45 °, hanem 51 °, mert különben a második szakasz Kínába esik:

És ott, ahol az első szakasz esett, tárgyalni kell Kazahsztánnal, és fizetni kell ezeknek a területeknek a használatáért. Néha problémák merülnek fel, és a műholdak felbocsátása késik. Az ősz területeit meglehetősen nagy mértékben el kell idegeníteni:

Oroszország európai részén pedig nincsenek jó helyek egy kozmodrom számára. Játszottam a térképekkel, a Kaukázusban lehet kitérni és megpróbálni Mozdok vidékéről indítani, de akkor is meg kell próbálni, hogy a második szakasz ne Kazahsztánba essen. Ha rakétát indítanak a Krímből, az első fokozat a Don-i Rosztov közelében lakott területekre esik, a második fokozat pedig ismét Kazahsztánba igyekszik. És ez nem veszi figyelembe mindkét lehetőség infrastrukturális problémáit. Ennek fényében meg fogja nézni az amerikai űrkikötők számára elérhető hajlamokat, és sajnálja a fizika és a földrajz szívtelenségét.

De van keleti partunk is. És ha ott helyezzük el a kozmodromot, akkor lehetséges lesz távoli területeket találni az elhasznált szakaszok eséséhez a legigényesebb dőlésekhez: 51, 6 ° (az ISS-hez és geostacionárius pályához), 64, 8 ° (GLONASS, néhány Föld-érzékelő műhold), 98 ° (poláris pályára).

Még egyszer szakdolgozat

A Vosztocsnij kozmodrom lehetővé teszi számunkra, hogy hasznos terheket indítsunk a geostacionárius pályára és az ISS-re anélkül, hogy ezeket a kilövéseket más országokkal koordinálni kellene, és fizetni kellene nekik a kizárt területek használatáért. Az ország déli részén található, és a kezdeti orbitális dőlésszöget nem rosszabb, mint Bajkonur. Irracionális az új Angara hordozórakéta indítókomplexumát építeni Bajkonurban (ismét a kilövések és a becsapódási területek koordinálása), de Vosztocsnijból nem lesz kevesebb hasznos teher.

Szép kis dolog: az új, kiszolgálótoronnyal rendelkező kilövőkomplexum Kourouhoz hasonlóan nyugati rakományok indítását teszi lehetővé, amelyeket függőleges helyzetben kell a hordozórakétára szerelni.

Bónusz az infrastruktúra fejlesztése is, lendület a terület fejlesztéséhez, tudományos város stb.

UPD: infografika ki. Kár, hogy nem volt időnk átrajzolni a műholdak elhelyezkedését. Még mindig nagyon röviden, megpróbáltuk elmagyarázni az itt leírtakat. Véleményem szerint ez jól sikerült.