Romtunneler og jern på hodet eller hvorfor trenger vi Vostochny-kosmodromen

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Forleden ble jeg bedt om å konsultere infografikken til RIA Novosti, dedikert til den første lanseringen fra Vostochny-kosmodromen. Og det vil være en stor forenkling på grunn av begrensningene i formatet til materialet. Faktisk trenger vi ikke Vostochny-kosmodromen fordi flertallet av sivile oppskytninger finner sted fra Baikonur-kosmodromen.

Men for å forklare hvorfor vi trenger det, må vi fortelle hvorfor banen til et romfartøy kan sammenlignes med en tunnel, og også forklare hva slags "jern" som faller fra himmelen, og på hvem det faller.

Tunnel på himmelen

Fysikken til orbital bevegelse er fullstendig kontraintuitiv. Det er snarere det motsatte av hva en vanlig person forestiller seg. Og selv gode filmer, som tilsynelatende strever etter realisme, gir en helt feil ide om hvordan satellitter og romskip flyr. Husk "Gravity", som berømt fløy fra Hubble til ISS, og deretter til den kinesiske stasjonen? Selv om vi forkaster forskjellen i banehøyder, dreper én parameter for banebevegelse selv den minste sjanse for slike flygninger. Denne parameteren kalles "orbital inklinasjon".

Banehellinger vinkelen mellom planet til satellittens bane og planet til ekvator (for en jordsatellitt)

For eksempel, for tilfellet "Gravity" vil bildet være slik:

Og det faktum at banenes fly ikke sammenfaller i det hele tatt, er ikke noe problem. Det virkelige problemet er at for en lav sirkulær bane (og Hubble, ISS, Tiangong og massen av andre satellitter er en lav sirkulær bane), er endringen i helning svært kostbar. For å "rotere" banen med 45 °, må vi endre hastigheten vår med omtrent 8 km/s, samme mengde som vi trengte for å komme inn i bane. Og å endre hastigheten er bortkastet drivstoff og tilbakestilling av trinn. Det vil si at hvis en rakett med en masse på 300 tonn setter 7 tonn i bane, vil bare 150 kilo gjenstå etter en endring i helning med 45 °. Faktisk flyr hver orbiter inne i en usynlig tunnel, hvis diameter avhenger av evnen til å endre hastigheten. Derfor, når de lanserer satellitter, prøver de å bringe dem umiddelbart til ønsket helling.

Oppkjørte veier

Hvilken helning brukes for eksisterende orbitere? Det er mange satellitter i jordens bane nå:

Hvis du ser nøye etter, kan du se at det er flere satellitter i noen baner. Her er et bilde som viser bevegelsen til satellitter i forhold til jorden:

Geostasjonær bane (grønn). Det er en sirkulær bane med en høyde på 36 000 km og en helning på 0 °. Satellitten på den er plassert over ett punkt på jordens overflate, derfor er riktig geostasjonær bane på bildet indikert med en grønn prikk. Grønne løkker er defekte satellitter eller tom for drivstoff. Den geostasjonære banen er under forstyrrende påvirkning av månen, og du må bruke drivstoff bare for å holde deg på plass. Denne banen er bebodd av telekommunikasjonssatellitter, som er lønnsomme, så det er allerede vanskelig å finne ledige plasser på den.

GLONAS / GPS-baner (blått og rødt). Disse banene har en høyde på omtrent 20 000 kilometer og en helning rundt 60 °. Som navnet tilsier, har de navigasjonssatellitter.

Polare baner (gul). Disse banene er skrånende i området 90 ° og høyden er vanligvis ikke mer enn 1000 km. I dette tilfellet vil satellitten fly over polene hver revolusjon og vil se hele jordens territorium. En egen underart av slike baner er solsynkrone baner med en høyde på 600-800 km og en helning på 98 °, der satellitter flyr over forskjellige deler av jorden til omtrent samme lokale tid. Disse banene er etterspurt etter meteorologiske, kartleggings- og rekognoseringssatellitter.

I tillegg bør ISS-bane med en høyde på 450 km og en helning på 51,6 ° noteres.

Hjerteløs geografi

Vel, vel, vi fant ut stemningene, vil leseren si. Og hvor kommer kosmodromen? Faktum er at det er en så ubehagelig fysisk lov:

Banens innledende helning kan ikke være mindre enn breddegraden til kosmodromen

Hvorfor det? Alt blir klarere hvis vi tegner banen til satellitten på kartet over jorden:

Hvis vi starter fra Baikonur og begynner å akselerere mot øst, får vi en bane med en helning på Baikonur breddegrad, 45 ° (rød). Hvis vi begynner å akselerere mot nordøst, vil det nordligste punktet i banen være nord for Baikonur, det vil si at helningen vil være større (gul). Hvis vi prøver å jukse og begynne å akselerere mot sørøst, vil den resulterende banen fortsatt ha det nordligste punktet nord for Baikonur og, igjen, en større helning (blå).

Men en slik bane er fysisk umulig, fordi den ikke passerer gjennom jordens massesenter. Mer presist er det umulig å fly med motoren av. Du kan være i en slik bane en stund med motoren i gang, men drivstoffet vil gå tom veldig raskt.

Derfor, hvis vi ønsker å skyte ut satellitter i geostasjonær bane ikke fra ekvator, må vi på en eller annen måte tilbakestille banehellingen, og forbruke drivstoff. Det er disse kostnadene som forklarer hvorfor den samme Soyuz-2.1a-raketten med hell sender satellitter inn i geostasjonær bane fra Kuru-kosmodromen nær ekvator, men ikke brukes til disse oppgavene fra Baikonur.

Russland er et nordlig land. Og hvis satellitter trygt kan skytes inn i polare og GLONASS-baner fra Plesetsk, som ligger på en breddegrad på 63 °, så for en geostasjonær bane, jo lenger sør kosmodromen er plassert, jo bedre. Og her trer det andre problemet i kraft - ikke hvert territorium er egnet for et kosmodrom.

Gå på kumpol

Alle moderne raketter, når de skyter opp en satellitt, slipper brukte etapper og nesekapper som faller til jorden. Hvis ulykkesstedet er i et annet land, må du forhandle med det landet for hver lansering. Derfor er for eksempel minimumshellingen til Baikonur-kosmodromen ikke 45 °, men 51 °, fordi ellers vil den andre fasen falle inn i Kina:

Og på stedet der den første etappen falt, må du forhandle med Kasakhstan og betale for bruken av disse områdene. Noen ganger oppstår det problemer og oppskytingen av satellitter blir forsinket. Fallområdene må fremmedgjøres ganske store:

Og i den europeiske delen av Russland er det ingen gode steder for et kosmodrom. Jeg lekte med kartene, i Kaukasus kan du unnslippe og prøve å starte fra Mozdok-regionen, men selv da må du prøve slik at de andre etappene ikke faller inn i Kasakhstan. Hvis du skyter opp en rakett fra Krim, vil den første etappen falle inn i befolkede områder nær Rostov-on-Don, og den andre etappen vil igjen forsøke å falle inn i Kasakhstan. Og det tar ikke hensyn til infrastrukturproblemene i begge alternativene. På denne bakgrunnen vil du se på tilbøyelighetene som er tilgjengelige for amerikanske romhavner og angre på hjerteløsheten til fysikk og geografi.

Men vi har også en østkyst. Og hvis vi plasserer kosmodromen der, vil det være mulig å finne avsidesliggende områder for fall av brukte stadier for de mest etterspurte tilbøyelighetene: 51, 6 ° (til ISS og geostasjonær bane), 64, 8 ° (GLONASS), noen jordsansende satellitter), 98 ° (i polar bane).

Nok en gang oppgave

Vostochny-kosmodromen vil gjøre oss i stand til å lansere nyttelast inn i den geostasjonære banen og til ISS uten å måtte koordinere disse oppskytningene med andre land og betale dem for bruk av ekskluderingsområdene. Den ligger i den sørlige delen av landet og gir en innledende banehelling ikke verre enn Baikonur. Det er irrasjonelt å bygge et lanseringskompleks for den nye Angara-raketten ved Baikonur (nok en gang, koordinering av oppskytinger og krasjområder), men fra Vostochny vil det ikke gi mindre nyttelast.

Fin liten ting: det nye utskytningskomplekset med et servicetårn, som i Kourou, vil tillate utsetting av vestlige nyttelaster, som må monteres på bæreraketten i oppreist stilling.

En bonus er også utviklingen av infrastruktur, en drivkraft til utviklingen av territoriet, en vitenskapsby, og så videre.

UPD: infografikk ut. Det er synd, vi hadde ikke tid til å tegne om plasseringen av satellittene. Likevel veldig kort forsøkte vi å forklare hva som er skrevet her. Etter min mening ble det fint.