Rumtunneler og jern på hovedet eller hvorfor har vi brug for Vostochny-kosmodromet

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Forleden dag blev jeg bedt om at konsultere infografikken fra RIA Novosti, dedikeret til den første lancering fra Vostochny-kosmodromen. Og der vil være en større forenkling på grund af begrænsningerne i materialets format. Faktisk har vi ikke brug for Vostochny-kosmodromen, fordi størstedelen af civile opsendelser finder sted fra Baikonur-kosmodromen.

Men for at forklare, hvorfor vi har brug for det, bliver vi nødt til at fortælle, hvorfor et rumfartøjs kredsløb kan sammenlignes med en tunnel, og også forklare, hvad det er for et "jern", der falder ned fra himlen, og på hvem det falder.

Tunnel på himlen

Fysikken i orbital bevægelse er fuldstændig kontraintuitiv. Det er snarere det modsatte af, hvad et almindeligt menneske forestiller sig. Og selv gode film, der tilsyneladende stræber efter realisme, giver en helt forkert idé om, hvordan satellitter og rumskibe flyver. Kan du huske "Gravity", som berømt fløj fra Hubble til ISS og derefter til den kinesiske station? Selv hvis vi kasserer forskellen i orbitalhøjder, dræber en parameter for orbital bevægelse selv den mindste chance for sådanne flyvninger. Denne parameter kaldes "orbital inklination".

Banehældninger vinklen mellem planet for satellittens bane og ækvatorplan (for en jordsatellit)

For eksempel, for tilfældet med "Gravity" vil billedet se sådan ud:

Og det faktum, at banernes planer slet ikke falder sammen, er ikke noget problem. Det virkelige problem er, at for en lav cirkulær bane (og Hubble, ISS, Tiangong og massen af andre satellitter er en lav cirkulær bane), er ændringen i hældning meget dyr. For at "rotere" kredsløbet med 45°, bliver vi nødt til at ændre vores hastighed med omkring 8 km/s, det samme beløb, som vi havde brug for for at komme ind i kredsløbet. Og at ændre hastigheden er spild af brændstof og nulstilling af etaper. Det vil sige, hvis en raket med en masse på 300 tons sætter 7 tons i kredsløb, så efter en ændring i hældningen med 45 °, vil der kun være 150 kg tilbage. Faktisk flyver hver orbiter inde i en usynlig tunnel, hvis diameter afhænger af dens evne til at ændre dens hastighed. Derfor, når de opsender satellitter, forsøger de at bringe dem straks til den ønskede hældning.

Slåede veje

Hvilken hældning bruges til eksisterende orbitere? Der er mange satellitter i jordens kredsløb nu:

Hvis man ser godt efter, kan man se, at der er flere satellitter i nogle baner. Her er et billede, der viser satellitternes bevægelse i forhold til Jorden:

Geostationær bane (grøn). Det er en cirkulær bane med en højde på 36.000 km og en hældning på 0 °. Satellitten på den er placeret over et punkt på jordens overflade, derfor er den korrekte geostationære bane på billedet angivet med en grøn prik. Grønne sløjfer er defekte satellitter eller tør for brændstof. Den geostationære bane er under månens forstyrrende indflydelse, og du skal bruge brændstof bare for at blive på plads. Denne bane er beboet af telekommunikationssatellitter, som er rentable, så det er allerede svært at finde ledige pladser på den.

GLONAS / GPS-baner (blå og rød). Disse baner har en højde på cirka 20.000 kilometer og en hældning omkring 60 °. Som navnet antyder, bærer de navigationssatellitter.

Polære baner (gul). Disse baner hælder i området 90 °, og højden er normalt ikke mere end 1000 km. I dette tilfælde vil satellitten flyve over polerne hver omdrejning og vil se hele jordens territorium. En separat underart af sådanne baner er solsynkrone baner med en højde på 600-800 km og en hældning på 98 °, hvor satellitter flyver over forskellige dele af Jorden på omtrent samme lokale tid. Disse baner er efterspurgte efter meteorologiske, kortlægnings- og rekognosceringssatellitter.

Derudover skal ISS-kredsløbet med en højde på 450 km og en hældning på 51,6 ° bemærkes.

Hjerteløs geografi

Nå, jamen, vi fandt ud af stemningerne, vil læseren sige. Og hvor kommer kosmodromen hen? Faktum er, at der er sådan en ubehagelig fysisk lov:

Banens indledende hældning kan ikke være mindre end kosmodromets breddegrad

Hvorfor det? Alt bliver klarere, hvis vi tegner satellittens bane på jordens kort:

Hvis vi, startende fra Baikonur, begynder at accelerere mod øst, får vi en bane med en hældning på Baikonur breddegrad, 45 ° (rød). Hvis vi begynder at accelerere mod nordøst, så vil det nordligste punkt i kredsløbet være nord for Baikonur, det vil sige, at hældningen vil være større (gul). Hvis vi forsøger at snyde og begynde at accelerere mod sydøst, så vil den resulterende bane stadig have det nordligste punkt nord for Baikonur og igen en større hældning (blå).

Men sådan en bane er fysisk umulig, fordi den ikke passerer gennem Jordens massecenter. Mere præcist er det umuligt at flyve med slukket motor. Du kan være i sådan et kredsløb i nogen tid med motoren kørende, men brændstoffet løber meget hurtigt tør.

Derfor, hvis vi ønsker at opsende satellitter i geostationær kredsløb, ikke fra ækvator, skal vi på en eller anden måde nulstille kredsløbets hældning og forbruge brændstof. Det er disse omkostninger, der forklarer, hvorfor den samme Soyuz-2.1a-raket med succes sender satellitter i geostationær bane fra Kuru-kosmodromen nær ækvator, men ikke bruges til disse opgaver fra Baikonur.

Rusland er et nordligt land. Og hvis satellitter sikkert kan opsendes i polære og GLONASS-baner fra Plesetsk, som er placeret på en breddegrad på 63 °, så for en geostationær bane, jo længere sydpå kosmodromen er placeret, jo bedre. Og her træder det andet problem i kraft - ikke ethvert territorium er egnet til et kosmodrom.

Træd på kumpol

Alle moderne raketter, når de opsender en satellit, taber brugte etaper og næsebeklædninger, der falder til Jorden. Hvis ulykkesstedet er i et andet land, skal du forhandle med det land for hver lancering. Derfor er den mindste hældning for Baikonur-kosmodromen for eksempel ikke 45 °, men 51 °, fordi ellers vil anden fase falde ind i Kina:

Og på det sted, hvor den første etape faldt, skal du forhandle med Kasakhstan og betale for brugen af disse områder. Nogle gange opstår der problemer, og opsendelsen af satellitter forsinkes. Efterårets områder skal fremmedgøres ret store:

Og i den europæiske del af Rusland er der ingen gode steder for et kosmodrom. Jeg legede med kortene, i Kaukasus kan du undvige og prøve at starte fra Mozdok-regionen, men selv da bliver du nødt til at prøve, så de anden etaper ikke falder ind i Kasakhstan. Hvis du affyrer en raket fra Krim, vil den første fase falde ind i befolkede områder nær Rostov-on-Don, og den anden fase vil igen stræbe efter at falde ind i Kasakhstan. Og det tager ikke højde for infrastrukturproblemerne i begge muligheder. På denne baggrund vil du se på tilbøjelighederne til amerikanske rumhavne og beklage fysikkens og geografiens hjerteløshed.

Men vi har også en østkyst. Og hvis vi placerer kosmodromen der, så vil det være muligt at finde fjerntliggende områder til faldet af de brugte stadier for de mest efterspurgte tilbøjeligheder: 51, 6 ° (til ISS og geostationær bane), 64, 8 ° (GLONASS, nogle jordsansende satellitter), 98 ° (i polar kredsløb).

Endnu engang afhandling

Vostochny-kosmodromen vil gøre os i stand til at sende nyttelast ind i den geostationære bane og til ISS uden at skulle koordinere disse opsendelser med andre lande og betale dem for at bruge udelukkelsesområderne. Det er placeret i den sydlige del af landet og giver en indledende orbital hældning ikke værre end Baikonur. Det er irrationelt at bygge et opsendelseskompleks til den nye Angara løfteraket ved Baikonur (igen koordinering af opsendelser og styrtområder), men fra Vostochny vil det ikke give mindre nyttelast.

Fin lille ting: Det nye affyringskompleks med et servicetårn, som i Kourou, vil tillade udsendelse af vestlige nyttelaster, som skal monteres på løfteraketten i opretstående stilling.

En bonus er også udviklingen af infrastruktur, en impuls til udviklingen af territoriet, en videnskabsby og så videre.

UPD: infografik ud. Det er ærgerligt, vi havde ikke tid til at gentegne placeringen af satellitterne. Stadig meget kort forsøgte vi at forklare, hvad der står her. Efter min mening blev det fint.