Какво представлява гравитационното маневриране

Полетът на космическите превозни средства е свързан с огромен разход на енергия. Така например, изстрелващото превозно средство "Союз", което стои на площадката за изстрелване и е готово за пускане, тежи 307 тона, от които повече от 270 тона са гориво, т.е. лъвският дял. С необходимостта от прекарване на невероятно количество енергия върху движението в космическото пространство трудностите за овладяване на далечните достижения на слънчевата система са до голяма степен свързани.

За нашето голямо съжаление все още няма технически пробив в тази посока. Теглото на горивата остава един от ключовите фактори при планирането на космическите мисии, а инженерите използват всяка възможност да пестят гориво, за да удължат работата на апарата. Един от начините за спасяване са гравитационните маневри.

Как да летят в космоса и какво е гравитацията

Принципът на преместване на устройството в безвъздушно пространство (среда, от която е невъзможно да се нахвърля с винт, колела, нищо друго) е еднакво за всички видове ракетни двигатели, произведени на Земята. Това е реактивната теглителна сила. Силата на реактивния двигател е противоположна на гравитацията. Тази битка със законите на физиката е спечелена от съветските учени през 1957 г. За първи път в историята устройството, създадено от човешки ръце, което придобива първата скорост на пространството (около 8 km / s), се превърна в изкуствен спътник на планетата Земя.

С цел да се приведе машината в орбита с тегло над 80 кг, бяха необходими около 170 т (точно претеглени като R-7 ракета доставени на спътника в орбита) желязо, електроника, пречистен керосин и течен кислород.

От всички закони и принципи на Вселената, гравитацията е може би една от основните. Той управлява всичко от устройството на елементарните частици, атоми, молекули и завършва с движението на галактиките. Това също е пречка за развитието на космическото пространство.

Не само гориво

Още преди стартирането на първия изкуствен спътник на Земята учените ясно разбраха, че не само увеличаването на размера на ракетите и силата на двигателите им могат да бъдат ключът към успеха. Търсенето на такива измислици на изследователи беше предизвикано от резултатите от изчисленията и практическите тестове, които показаха колко скъпо е горивото да излита извън земната атмосфера. Първото такова решение за съветските дизайнери беше изборът на строителната площадка за космодрума.

Нека да обясним. За да стане изкуствен спътник на Земята, ракетата трябва да се ускори до 8 км / сек. Но самата планета е в непрекъснато движение. Всяка точка, разположена на екватора, се върти със скорост над 460 метра в секунда. По този начин ракетата е освободена безвъздушно пространство в зоната на нулевия паралел, сами по себе си ще бъдат безплатни почти на половин километър в секунда.

Затова в широките отворени пространства на СССР мястото бе избрано по-гъвкаво (дневната скорост на въртене в Байконур е около 280 м / с). Още по-амбициозен проект, насочен към намаляване на ефекта от гравитацията върху изстрелването, се появи през 1964 г. Те станаха първият морски космодрум "Сан Марко", събран от италианци от две сондажни платформи и разположен на екватора. По-късно този принцип се превърна в основата на международния проект "Sea Launch", успешно стартиращ търговски сателити и до днес.

Кой беше първият

Какво ще кажете за далечни космически мисии? Учените от СССР бяха пионерите в използването на тежестта на космическите тела за промяна на траекторията на полета. Обратната страна на нашия естествен сателит, както е известно, е заснета за първи път от съветската апаратура Luna-1. Важно е след полета на Луната устройството да успее да се върне на Земята по такъв начин, че да е изправена пред северното полукълбо. В крайна сметка информацията (получените снимки) трябваше да се предаде на хората, а в северното полукълбо бяха разположени проследяващите станции, радио антени.

Не по-малко успешно успя да използва гравитационни маневри за промяна на траекторията на космическия апарат до американски учени. Междупланетният автоматичен кораб "Маринър 10" след полета близо до Венера трябваше да намали скоростта, за да отиде на по-ниска слънчева орбита и да проучи Меркурий. Вместо да използва натиска на двигателите за тази маневра, скоростта на автомобила се забави от гравитационното поле на Венера.

Как работи

Според закона на универсалната гравитация, открит и потвърден експериментално от Исак Нютон, всички тела, притежаващи маса, се привличат един друг. Силата на това привличане лесно се измерва и изчислява. Тя зависи както от масата на двете тела, така и от разстоянието между тях. Колкото по-близо, толкова по-силни. И с подхода на тялото един към друг, силата на привличане нараства експоненциално.

Фигурата показва как космически превозни средства, които летят близо до голямо космическо тяло (определена планета), променят траекторията си. И движението на устройството на номер 1, излитащо далеч от масивен обект, се променя съвсем незначително. Какво не може да се каже за апарата № 6. Планетоидът променя драстично посоката си на полет.

Какво представлява гравитационният прашка? Как работи

Използването на гравитационни маневри позволява не само да се промени посоката на космическия кораб, но и да се регулира неговата скорост.

Фигурата показва траекторията на космически кораб, обикновено използвана за ускоряване на това. Принципът на действие на такава маневра е прост: на червената част на траекторията апаратът изглежда се изравнява с планетата, която се измъква от нея. Много по-масивно тяло дърпа по-малко със силата си на привличане, ускорявайки го.

Между другото, по този начин не само космическите превозни средства са разпръснати. Известно е, че небесни тела се разхождат около галактиката, не са свързани със звездите. То може да бъде като сравнително малки астероиди (един от които, между другото, сега посещава слънчевата система) и планеиди с приличен размер. Астрономите смятат, че тя е гравитационно прашка, т. Е. Въздействието на по-голям космическо тяло, излъчват по-малко масивни обекти извън техните системи, като ги осъжда на вечно скитане в ледено студена празното пространство.

Как да намалите скоростта

Но като използвате гравитационни маневри на космическите превозни средства, не само можете да ускорите, но и да забавите движението им. Диаграмата на това спиране е показана на фигурата.

На червения участък от траекторията, привличането на планетата, за разлика от версията с гравитационна прашка, ще забави движението на устройството. В края на краищата векторът на тежестта и посоката на полета на кораба са противоположни.

В кои случаи се използва? Главно за излизането от автоматичните междупланетни станции в орбитите на изследваните планети, а също и за изучаване на близките слънчеви райони. Фактът, че движението на слънцето, или, например, най-близо до светилото планета Меркурий всяка единица, когато не се прилагат мерки, за да се забавят, ще необходимост да бъде ускорено. Нашата звезда има невероятна маса и огромна сила на привличане. Космическият кораб, който става твърде бързо, няма да може да влезе в орбитата на Меркурий, най-малката планета в слънчевото семейство. Корабът просто ще се плъзне, трохата на Меркурий няма да може да го привлече достатъчно. При спиране могат да се използват мотори. Но пътят на полета до Слънцето с гравитационна маневра, казват Луната и след това Венера, ще сведе до минимум използването на ракетно задвижване. Това означава, че е необходимо по-малко гориво, а освободеното тегло може да се използва за настаняването на допълнително научно оборудване.

За да влезеш в окото на иглата

Ако първите гравитационни маневри бяха плахи и колебливи, маршрутите на последните междупланетни космически мисии са почти винаги планирани с гравитационна корекция. Става въпрос за това, че астрофизиците вече разполагат с по-точни изчисления, благодарение на развитието на компютърните технологии, както и на наличието на точни данни за телата на слънчевата система, главно тяхната маса и плътност. И за да изчисли гравитационната маневра трябва да бъде изключително точна.

Така че, полагайки по-далече от планетата траектория, е изпълнена с факта, че една скъпа техника ще лети напълно погрешно там, където е планирано. И подценяването на масата и изобщо може да застраши сблъсъка на кораба с повърхността.

Шампион на маневри

Това, разбира се, може да се счита за втори космически кораб на мисията "Вояджър". Стартирала през 1977 г., устройството вече напуска границите на собствената си звезда, като се оттегля в неизвестното.

По време на работата устройството беше посетено от Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун. Той бил привлечен от Слънцето през целия полет, от който корабът постепенно изчезваше. Но благодарение на компетентно изчислените гравитационни маневри за всяка от планетите неговата скорост не намалява, а нараства. За всяка изследвана планета маршрутът е изграден на принципа на гравитационния праг. Без използването на гравитационна корекция, Вояджър не би могъл да бъде изпратен досега.

В допълнение към воигаторите, гравитационните маневри бяха използвани за стартиране на такива добре познати мисии като Rosetta или New Horizons. Така че "Росета", преди да потърси кометата Чуриумов-Герасименко, вече е извършила 4 гравитационни маневри за ускорение близо до Земята и Марс.