Новая эра освоения космоса и удар по России: Что нужно знать о запуске корабля Crew Dragon SpaceX

Несмотря на то, что отечественная космонавтика переживает не лучшие, мягко говоря, времена, космосом на сегодняшний день интересуется все больше людей разного возраста и уровня образования. Усилиями частных инвесторов и популяризаторов науки пространство за пределами нашей планеты становится все более интересным, доступным и понятным, привлекая любознательных граждан к получению новых знаний.

Ракета

В этом материале мы кратко, избегая сложных пояснений и формулировок, расскажем о космических скоростях, которые необходимы для преодоления гравитационных полей астрономических объектов. В новостных сюжетах мы часто слышим такое словосочетание, как «первая (вторая, третья, четвертая) космическая скорость», однако далеко не каждый обыватель понимает о каких скоростях идет речь и как их определяют.

♥ ПО ТЕМЕ: Как хорошо выглядеть на любом фото: 5 простых советов.

Что такое космическая скорость

Космическими скоростями в космонавтике (речь идет не только о пилотируемых полетах, но для удобства мы будем называть все запуски искусственных космических аппаратов космонавтикой) пользуются для расчета минимально необходимой скорости для:

1. Выхода космических аппаратов (далее КА) на орбиту Земли; 2. Выхода КА за пределы гравитационного поля Земли; 3. Выхода КА за пределы Солнечной системы; 4. Выхода КА за пределы галактики Млечный Путь.

Естественно, формулы расчета космических скоростей применимы не только к нашей планете, но и к любому другому объекту Вселенной, однако мы рассмотрим лишь актуальные для земных космических аппаратов значения.

♥ ПО ТЕМЕ: Что такое карат? Как определить вес драгоценного камня и пробу золота в каратах.

Скорость движения в космосе

Скорость метеороидных тел, движущихся в космическом пространстве, может быть различной, но в любом случае она превышает вторую космическую скорость, равную 11,2 км/с. Такая скорость позволяет телу преодолевать гравитационное притяжение планеты, но она присуща лишь тем метеорным телам, которые родились в Солнечной системе. Для метеороидов, которые прилетают извне, характерны и более высокие скорости.
Минимальная скорость метеорного тела при встрече с планетой Земля определяется тем, как соотносятся направления движения обоих тел. Минимальная сопоставима со скоростью движения Земли по орбите – около 30 км/с. Это относится к тем метеороидам, которые движутся в том де направлении, что и Земля, как бы догоняя ее. Таких метеорных тел большинство, ведь метеороиды возникли из того же вращающегося протопланетного облака, что и Земля, следовательно, должны двигаться в том же направлении.

Если метеороид движется навстречу Земле, то его скорость прибавляется к орбитальной и потому оказывается более высокой. Скорость тел из метеорного потока под названием Персеиды, через который Земля каждый год проходит в августе, равна 61 км/с, а метеороиды из потока Леонид, с которым планета встречается между 14 и 21 ноября, имеют скорость 71 км/с.

Наибольшая скорость характерна для фрагментов комет, она превышает третью космическую – такую, которая позволяет телу покинуть пределы Солнечной системы – 16,5 км/с, к которой нужно прибавить и орбитальную скорость, и сделать поправки на направление движения относительно Земли.

Первая космическая скорость — 7,9 км/сек

Чтобы вращаться на орбите Земли, спутнику необходимо иметь первую космическую или круговую скорость, которая для нашей планеты равна примерно 7,9 км/сек. В этом случае объект на орбите будет удерживать сила, называемая в народе центробежной, а движение Земли и сила притяжения не позволят спутнику покинуть гравитационное поле планеты.

Отсюда следует довольно интересное и простое умозаключение: что будет если в формуле расчета первой космической скорости (V1 = (GM/R) в степени 1/2, где M — масса объекта, R — радиус, а G — гравитационная постоянная) поиграть с цифрами и подставить данные, которые определят первую космическую скорость для выдуманного нами объекта, как равную скорости света (чуть менее 300 000 км/сек)?

первая космическая скорость формула

Мы получим объект огромной массы и малого радиуса, на который свет может падать, но покинуть его гравитационное поле фотоны уже не в состоянии, ведь для этого нужна вторая космическая скорость, которая в данном случае будет превышать скорость света, что невозможно в известной нам Вселенной. Это есть объект, о котором слышал каждый и который астрофизики называют «черной дырой».

♥ ПО ТЕМЕ: БелАЗ-75710: 1 300 литров топлива на 100 км и другие 7 фактов о лучшем самосвале мира из Беларуси.

Космические зонды

Зонды — это беспилотные космические аппараты, посылаемые на дальние расстояния. Они побывали на всех планетах, кроме Плутона. Зонд может лететь до места на­значения долгие Годы. Когда он подлетает к нужному небесному телу, то выходит на орбиту вокруг него и посылает на Землю добытую информацию. «Миринер-10», единственный зонд, побывавший на Марсе.

«Пионер-10» стал первым космическим зондом, покинувшим пределы Солнечной системы. До ближайшей звезды он долетит больше чем через миллион лет.

Некоторые зонды предназначены для посадки на поверхность другой планеты, либо они оснащены спускаемыми аппаратами, сбрасываемыми на планету. Спускаемый аппарат может собрать образцы грунта и доставить их на Землю для исследований. В 1966 году впервые на поверхность Луны опустился космический аппарат — зонд «Луна-9». После посадки он раскрылся, как цветок, и начал съемки.

Вторая космическая скорость — 11,2 км/сек

В 1959 году в СССР состоялся запуск автоматической межпланетной станции Луна-1 — первого искусственного объекта, покинувшего гравитационное поле Земли и ставшего спутником Солнца. Для этого аппарату пришлось разогнаться до второй космической скорости (она же скорость убегания), которая для Земли составляет порядка 11,2 км/сек. Покинув Землю на такой скорости, объект выходит на параболическую орбиту, которая при условии отсутствия других тел во Вселенной позволила бы ему бесконечно далеко удалиться от планеты.

♥ ПО ТЕМЕ: Как появились названия брендов: Ikea, Lego, Pepsi, Reebok, Skype, Sony, Canon, Google — 16 историй о происхождении названий известных компаний.

Космические скорости

Чтобы попасть в космос, ракета должна выйти за пределы атмосферы. Если ее скорость будет недостаточна, она просто упадет на Землю, из-за действия силы тяготения. Скорость, необходимую для выхода в космос, называют первой космической скоростью. Она составляет 40000 км/ч. На орбите космический корабль огибает Землю с орбитальной скоростью. Орбитальная скорость корабля зависит от его расстояния до Земли. Когда космический корабль летит по орбите, он, в сущности, просто падает, но не может упасть, так как теряет высоту как раз настолько, насколько под ним уходит вниз, закругляясь, земная поверхность.

Третья космическая скорость — 16,6 км/сек.

В 1977 году в США состоялись запуски аппаратов Вояджер-1 и Вояджер-2 в рамках одноименного проекта, ставшего одним из самых успешных за всю историю космонавтики на сегодняшний день. В 2013 году Вояджер-1, преодолев более 18 млрд километров и набрав скорость около 17 км/сек, вылетел за пределы Солнечной системы. Таким образом, аппарат стал первым искусственным объектом, разогнанным до третьей космической скорости. В ноябре 2020 года, после 37 лет простоя, ученые NASA запустили двигатели Вояджер-1 и скорректировали траекторию для более точной передачи сигнала. Ожидается, что аппарат будет функционировать и поддерживать связь с Землей примерно до 2025 года.

Определить точное значение третьей космической скорости невозможно, так оно может колебаться в довольно широком диапазоне. Имеет значение угол направления запуска к траектории движения Земли по орбите и контакт с гравитационными полями других планет, которые могут как ускорять, так и притормаживать КА. Минимальное значение третьей космической скорости оценивается как 16,6 км/сек.

♥ ПО ТЕМЕ: 70 интересных фактов об IT-технологиях.

Ракеты и космические корабли

Первые случаи применения

Военные раке ты, приводимые в движение порохом (смесь серы, селитры и угля), описывались Цэн Кун Ляном (Китай) в 1042 г. Ракеты такого типа стали известны в Европе в 1258 г.
Пионером военного ракетостроения Великобритании был полковник сэр Уильям Контрив (1772…1828), инспектор лондонской Королевской лаборатории и инспектор военной техники. Его 6-фунтовая (2,72 кг) ракета, рассчитанная на радиус действия 1825 м и изготовленная в 1805 г., была впервые применена английским Королевским флотом против Булони, Франция, 8 октября 1806 г.

Первый запуск ракеты на жидком топливе (запатентована 14 июля 1914 г.) был осуществлен д-ром Робертом Хатчингзом Годдардом (1882…1945) в Оберне, штат Массачусетс, США, 16 марта 1926 г. Его ракета, достигнув высоты 12,5 м, пролетела 56 м.

СССР

– Первая советская ракета, работавшая на гибридном топливе, начала разрабатываться в 1931 г. Группой по изучению реактивного движения (ГИРД) под руководством С.П. Королева. Она получила наименование «ГИРД-09» и была запущена 17 августа 1933 г. с полигона в Нахабино близ Москвы.

Самый дальний радиус действия

16 марта 1962 г. Н.С. Хрущев, являвшийся тогда Первым секретарем ЦК КПСС и Председателем Совета Министров СССР, заявил в Москве, что СССР обладает «межконтинентальной ракетой» с радиусом действия 30 тыс. км (более половины окружности Земли), способной поразить любую цель в любом направлении.

Самая высокая скорость

Первым космическим аппаратом, достигшим 3-й космической скорости, позволяющей выйти за пределы Солнечной системы, стал «Пионер-10». Ракета-носитель «Атлас-СЛВ ЗС» с модйфицированной 2-й ступенью «Центавр-Д» и 3-й ступенью «Тиокол-Те-364-4» 2 марта 1972 г. покинула Землю с небывалой для того времени скоростью 51682 км/ч.

Рекорд скорости космического аппарата (240 тыс. км/ч) был установлен американо-германским солнечным зондом «Гелиос-Б», запущенным 15 января 1976 г.

Максимальное сближение космического аппарата с Солнцем

16 апреля 1976 г. научно-исследовательская автоматическая станция «Гелиос-Б» (США – ФРГ) приблизилась к Солнцу на расстояние 43,4 млн. км.

Самый удаленный искусственный объект

«Пионер-10», запущенный с мыса Канаверал, Космический центр им. Кеннеди, штат Флорида, США, пересек 17 октября 1986 г. орбиту Плутона, удаленную от Земли на 5,9 млрд км. К апрелю 1989 г. он находился за самой дальней точкой орбиты Плутона и продолжает удаляться в космос со скоростью 49 тыс. км/ч. В 34 593 г. н.э. он приблизится на минимальное расстояние к звезде «Росс-248», удаленной от нас на 10,3 световых года. Еще до наступления 1991 г. космический аппарат «Вояджер-1», двигающийся с большей скоростью, будет находиться дальше, чем «Пионер-10».

«Пионер-10» несет табличку, предназначенную для установления возможных контактов с гуманоидами. На ней изображены мужчина и женщина, а также схематически показано, из какой части Солнечной системы запущен аппарат и как наше Солнце расположено по отношению к пульсарам, чьи периоды указаны цифровым кодом.

Спутники

Спутник — это беспилотный аппарат, который выводят на орбиту, как правило, земную.

Спутник имеет конкретную задачу — например, наблюдать за погодой, передавать телеизображение, разведывать залежи полезных ископаемых: есть даже спутники-шпионы. Спутник движется по орбите с орбитальной скоростью. На рисунке вы видите снимок устья реки Хамбер (Англия), сделанный «Лэндсетом» с околоземной орбиты. «Лэндсет» может «рассмотреть на Земле участки площадью всего в 1 кв. м.

Спутник может облетать Землю над экватором. над полюсами или под любым углом к экватору. Все зависит от его задачи. Спутник, летящий над экватором на высоте 35 880 км. совершает полный виток ровно за 24 часа. Эта орбита называется геостационарной, т.к. спутник неподвижен по отношению к Земле.

Космический челнок

Космический челнок — это пилотируемый корабль, который можно использовать много раз. В этом его громадное преимущество перед ракетами.

В момент взлета челнок использует два ракетных ускорителя. Они позволяют челноку развить скорость в 1,4 км/с. На вы­соте 43 км они сбрасываются, опускаются на парашютах в океан и затем могут быть использованы вновь. Перед вами космический челнок с ускорителями и топливным баком.

Челнок может провести на околоземной орбите до 30 суток. Его можно использовать для вывода спутников на ор­биту, для ремонта спутников, уже находящихся в космосе или же в качестве лаборатории для научных экспериментов. В 1993г. челнок летал в космос для ремонта телескопа «Хаббл» — большого телескопа, находящегося ни орбите и изучающего отдаленные участки Вселенной.

Кроме того, внутри космических лабораторий нет тяготения, в них можно проводить эксперименты, невозможные в земных условиях. Выполнив задачу, космический челнок возвращается на Землю с выключенными двигателями. Он сбрасывает скорость и под действием притяжения Земли начина­ет опускаться по спирали. Войдя в атмосферу, челнок планирует к поверхности. Челнок входит в атмосферу на очень высокой скорости. От трения о воздух челнок раскаляется докрасна. Поэтому на его поверхности есть теплозащитный экран — особый слой керамики, способный выдержать очень высокую температуру.

Орбитальные станции

Станция — это тот же спутник, но предназначенный для работы людей на его бор­ту. К станции может пристыковываться космический корабль с экипажем и груза­ми. Пока в космосе работали только три долгосрочные станции: американский «Скайлэб» и российские «Салют» и «Мир». «Скайлэб» был выведен на орбиту в 1973 г. Ни его борту последовательно работали три экипажа. Станция прекратила свое существование в 1979 г.

Орбитальные станции играют огромную роль в изучении влияние невесомос­ти на организм человека. Станции будущего, такие как «Фридом», которую американцы строят сейчас при участии специалистов из Европы, Японии и Канады, будут использоваться для очень долго­срочных экспериментов или для промышленного производства в космосе.

Когда космонавт выходит из станции или корабля в открытый космос, он надевает скафандр. Внутри скафандра искусственно создается давление, равное атмосферному. Внутренние слои скафандра охлаждаются жидкостью. Приборы следят за давлением и содержанием кислорода внутри. Стекло шлема очень прочное оно выдерживает удары мелких камешков — микрометеоритов.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: