Космический мир

Об известном и неизвестном в мире звезд, галактик и планет

Орбита космического корабля


Сегодня мало кто задумываемся о том, как организовано движение космических аппаратов в околоземном пространстве.
Единицы знают о том, что расстояние от Земли до ближайшей космической станции меньше, чем расстояние от Москвы до Питера, а сигнал, принятый спутниковой тарелкой, проделал куда больший путь, чем среднестатистический автомобиль проходит в течение пяти лет. Кроме того, каждому запуску космического аппарата предшествует тщательный расчет и точное проектирование орбиты аппарата, по которой он будет перемещаться в космическом пространстве.

Околоземные орбиты

Когда в 1961 году инженеры ОКБ-1 приступили к разработке и созданию первого советского спутника «Молния-1», предназначенного для телевизионной системы «Орбита», они столкнулись с проблемой выбора орбиты движения для своего детища. На первый взгляд, самой эффективной казалась геостационарная орбита на высоте 36 тысяч км от земли. Спутник, находящийся на ней, будет круглосуточно пребывать в пределах прямой видимости приблизительно для 1/3 поверхности Земли. Но с такой орбиты будет невозможно обеспечение связи в высоких широтах и, как следствие, телевещание в районах Крайнего Севера. К тому же, на тот момент Советский Союз еще не располагал носителями, предназначенными для вывода на геостационарную орбиту тяжелых спутников.

Использование космического околоземного пространства

Использование космического околоземного пространства

Выход придумали баллистики, предложившие орбиту, выводить на которую спутник связи можно было ракетой, которая находилась уже в разработке. Она представляла собой сильно вытянутую орбиту с минимальной высотой (перигеем) в 500 километров, а максимальной (апогеем) 40000 км. Период обращения спутника составлял 12 часов, при этом большую часть времени спутник будет находиться в районе апогея. Величина наклонения орбиты (63,4°) была выбрана так, чтобы спутник в этот период находился в поле видимости с большей части территории СССР. Наиболее благоприятные условия для обеспечения связи продолжались восемь часов, далее спутник перемещался на другую сторону Земли, и на следующем витке орбиты проходил апогей над территорией Северной Америки. Вновь доступным для ретрансляции телевидения он становился только через 16 часов.

Сегодня ученые уже могут очень точно рассчитывать пути запускаемых в космос космических кораблей. Если корабль требуется запустить так, чтобы он летал по круговой орбите, то транспортная многоступенчатая ракета должна доставить его на необходимую высоту и сообщить ему первоначальную космическую скорость, направленную горизонтально к поверхности Земли. Корабль при такой скорости и направлении в каждый момент времени будет удаляться от поверхности Земли ровно настолько, насколько он будет притягиваться силой земного тяготения. А поскольку сила притяжения Земли по мере удаления от нее корабля уменьшается, то чем больше высота выведения космического корабля, тем меньшей должна быть его первоначальная космическая скорость движения по орбите.

Космический аппарат на изменяемой орбите

Космический аппарат на изменяемой орбите

На расстоянии 200 км от поверхности Земли такая скорость равна 7 790 м/сек. А первоначальная космическая скорость космического аппарата, движущегося на том же расстоянии, на каком находится Луна от Земли, должна равняться всего 1 км/сек.

Но уменьшение круговой скорости при удалении от Земли абсолютно не значит, что для запуска спутника на дальние орбиты потребуется меньше энергии. Совсем наоборот – с увеличением удаления орбиты спутника резко возрастает расход топлива в ракете. И это вполне логично — ведь энергия ракеты расходуется не только на то, чтобы разогнать спутник, но и на то, чтобы его поднять на нужную высоту.

Существует такое понятие, как низкая «опорная» орбита, которая обозначает орбиту космического аппарата около Земли. Называть орбиту «опорной» правомерно тогда, когда предполагается какое-нибудь её изменение — либо увеличение высоты, либо изменение наклонения. Если же маневры космического аппарата не предусмотрены или у него вообще отсутствует собственная двигательная установка, то предпочтительней использовать название «низкая околоземная орбита». В общих случаях считается, что аппарат находится на опорной орбите в том случае, если он движется по ней с первой космической скоростью (для планеты Земля она составляет порядка 7,9 км/с), и расположен на высоте, где плотность верхних слоёв атмосферы при первом приближении может допускать круговое или эллиптическое перемещение. При этом на такой орбите аппарат может находиться и меньше одного витка. Типичными параметрами «опорной»орбиты, на примере космического аппарата «Союз-ТМА» являются: минимальная высота от поверхности Земли (в перигее) — 193 км, максимальная высота от поверхности Земли (в апогее) — 220 км, величина наклонения— 51,6 град, период обращения составляет около 88,3 минут.

Космическая станция МКС на околоземной орбите

Космическая станция МКС на околоземной орбите

Похожие статьи:

  1. Скорость космического корабля
  2. Орбиты спутников Земли
  3. Первые спутники Земли
  4. Первый запуск искусственного спутника Земли

Комментарии закрыты