Telegram Group Search
Сегодня день рождения у Павла Шубина — писателя и историка отечественной космонавтики. Работа Павла выделяется вниманием к деталям, новыми фактами и архивными материалами.

Павел, от души поздравляем, желаем энергии и сил для продолжения работы над новыми замечательными книгами!
Форма Фау-2

Разнообразие форм ранних ракет не может не удивлять: в 20-е и 30-е годы прошлого века над созданием ракетной техники работало несколько групп в разных странах. ГИРД в СССР, ARS в США, программа «Агрегат» в Германии.

Среди этих ракет немецкая А4 (будущая Фау-2) выделяется своей характерной «футуристической» формой.

Но откуда эта форма взялась?

Ответ можно угадать, задумавшись над тем, что даже ранние ракеты должны были двигаться очень быстро и испытывать сопротивление воздуха. Точно так же, как артиллерийские снаряды и винтовочные пули. Характерная форма Фау-2 определяется двумя коническими секциями, радиус закругления которых в 12.5 раз больше калибра (максимального диаметра корпуса) ракеты.

Все группы, создававшие ранние ракеты, были хорошо знакомы с практическими приложениями аэродинамики к артиллерии и, более того, если взять иллюстрации из учебников по баллистике начала 20-тых годов*, в них можно найти пример торпедообразной формы как оптимальной для сверхзвуковых снарядов. И можно догадаться, почему группа Вернера фон Брауна выбрала форму с самым большим отношением радиуса к калибру: их ракета должна была лететь со скоростью 1.6 км в секунду — быстрее, чем подавляющее большинство артиллерийских снарядов эпохи** — и при этом стабилизироваться за счет рулей, а не вращения.

У ракет ГИРД и ARS существенно меньший радиус закругления и большая длина цилиндрической части корпуса объясняются гораздо меньшей скоростью, на которую рассчитывались эти ракеты.

* - например, «Нandbook on ballistics», Сranz, 1921: на странице 82 «торпеда» идет как наиболее удачная форма снаряда под номером V.

** - за исключением Парижской пушки — это сверхдальнобойное орудие с дальностью стрельбы 120 км применялось немцами для обстрела Парижа во время Первой мировой войны. Ее снаряды при калибре 210 мм имели длину 1050 мм и разгонялись до скорости 1640 м/с после выстрела.

#современнаякосмонавтика
Космический корабль «Старлайнер» вернулся на Землю в беспилотном режиме. Его экипаж остался на МКС и пробудет там до весны 2025 года.

А что будет, если все, кто улетел в космос, будут там оставаться? Какого размера должна быть космическая станция, чтобы вместить все 8 миллиардов людей в мире?

Объем МКС (общий) равен примерно 1000 куб. метрам (включая внешнюю ферму и необитаемые конструкции), МКС может обеспечивать экипаж из 10-ти человек, соответственно, нам надо 800 миллионов МКС. Их можно собрать в кубообразную конструкцию с ребром примерно 100х100 километров. Но для работы бортовых систем нужна энергия, которую должны давать солнечные батареи, а значит, вместо куба МКСы лучше поместить в узлах гигантской губки Менгера размером около 700 км. Станцию такого размера очень сложно разместить на низкой орбите, так как, при ее величине, влияние сил притяжения на МКС в различных узлах будет совершенно разным, и конструкция разрушится из-за приливных сил. Поэтому идеальное место для жизни всего человечестве на МКС будет в точке Лагранжа Л1 и Л2 системы Земля-Луна.

Чтобы перевезти все население Земли на МКС, понадобится примерно 80 миллионов запусков «Старшипа», при условии, что каждый запуск сможет доставить 100 пассажиров.

#человеквкосмосе
Помните это ощущение, когда волосы прилипают к расческе и затем отрываются от нее с легким треском? Или когда зимой, снимая одежду, вы вдруг чувствуете легкий удар тока?

Это разряды статического электричества. Одна из основных причин появления статического заряда — трение, а его накоплению сильно способствует низкая влажность воздуха (или вообще отсутствие атмосферы).

Статический заряд может быть большой проблемой для объектов, которые быстро движутся через среду. Например, для сброса статики на крыльях самолетов устанавливаются электростатические разрядники (их работу можно увидеть в этом видео на 00:35).

А как быть космическим кораблям, которые движутся в безвоздушном пространстве и активно накапливают статический заряд, взаимодействуя с земной ионосферой и магнитным полем? Разряд может привести к выходу из строя оборудования спутника (на прикрепленных картинках видно повреждение солнечных батарей и панели корпуса от статического разряда) и особенно опасен для космонавтов, выполняющих работы снаружи космической станции.

Один из способов избавиться от накопленного космическим аппаратом статического заряда — превратить сам вакуум в проводник! Сделать это можно с помощью электронной или ионной «пушки», которая буквально сбросит излишек заряда за борт.

На основной ферме Международной космической станции расположено две таких «пушки», которые называются Plasma Contactor Unit (PCU). Они способны сбрасывать заряд током от 0.01 до 10 ампер.

#современнаякосмонавтика
Как орбитальная механика помогает летать через радиационные пояса Земли?

Магнитное поле Земли — одна из причин, по которой вы можете читать этот канал. Оно отклоняет и улавливает солнечный ветер и космические лучи, не дает им уносить атмосферу, включая озоновый слой, который защищает нас от губительной ультрафиолетовой радиации.

Пойманные геомагнитным полем заряженные частицы собираются в области, имеющей форму гигантского бублика (тора) с внутренним радиусом ~1000 км и внешним ~60000 км. Из-за разности в массе и энергии, внутренняя часть региона заполнена в основном протонами, а внешняя — электронами, и они называются внутренний и внешний радиационные пояса Земли. Заряженные частицы располагаются в поясах неравномерно: наиболее опасные высокоэнергичные собираются ближе к центру тора. Чем дальше от центра — тем меньше поток частиц и ниже их энергия.

Если бы мы могли увидеть радиационные пояса на небе, они простирались бы на ~65° на север и юг от небесного экватора. Поэтому полет за пределы низкой околоземной орбиты будет практически всегда пересекать радиационные пояса. Для автоматических межпланетных станций и космических аппаратов это не проблема — их оборудование делается радиационно-стойким. Для пилотируемых полетов это представляет потенциальную опасность.

Но есть хорошие новости: наиболее опасная для пилотируемых кораблей зона — это центральный регион внутреннего пояса, и его можно обойти траекториями с наклонением от 30° и выше. При полетах к Луне это возможно даже для компланарной схемы перелета (когда переходная орбита находится в плоскости лунной орбиты) и, тем более, возможно при полетах по пространственной схеме перелета. Внешний пояс, заполненный в основном энергичными электронами, не так опасен, поскольку электроны хорошо экранируются металлическим корпусом космического корабля.

Именно так летали к Луне американцы: например, наклонение переходной орбиты (trans-lunar-injection) для миссии «Аполлон-11» было 31,4°, что позволило свести к минимуму пребывание в опасной зоне внутреннего радиационного пояса.

Так как радиационные пояса Земли постоянно меняются под воздействием солнечной активности, то для одного типа орбит для полета к Луне условия пересечения радиационных поясов могут быть разными для разных миссий. Поэтому дозы радиации, которые получали экипажи «Аполлонов» при прохождении поясов отличались — от 1.1 миллизиверта у «Аполлона-8» до 11.4 у «Аполлона-14» (худший результат из всех миссий). Эти дозы не представляли серьезной опасности для астронавтов во время полета и не причинили долговременного вреда их жизни.

#современнаякосмонавтика
#орбитальнаямеханика
Изменение орбиты и орбитальные маневры

Продолжим наше знакомство с орбитальной механикой. Орбита описывается параметрами, которые определяют ее размер, форму и ориентацию в пространстве.

Кроме шести орбитальных параметров, орбиту можно задать в другом виде: вектором скорости и вектором положения в пространстве. Это представление дает подсказку, как поменять орбиту: стоит только получить изменение скорости, как сразу же изменяются орбитальные параметры.

Изменение скорости происходит под воздействием внешних факторов (об этом ниже) и в результате включения двигателя космического корабля.

Чтобы понимать, в какую сторону надо повернуть двигатель, чтобы изменить орбиту нужным нам образом, нам надо ввести систему координат, связанную с вектором орбитальной скорости: ее центр совпадает с центром масс нашего космического аппарата, первая из ее осей сонаправлена с вектором скорости, вторая — перпендикулярна вектору скорости и лежит в плоскости орбиты, третья — перпендикулярна скорости и плоскости орбиты. Разные ориентации относительно этих осей мы будем называть:
⬌ по или против движения;
⤡ радиально внутрь или наружу;
⬍ нормально или антинормально.

Включение двигателя для изменения орбиты называется орбитальным маневром. Орбитальные маневры делятся на две группы: компланарные, которые не изменяют ориентацию плоскости орбиты, и некомпланарные, выполнение которых приводит к повороту орбиты в пространстве.

Составим список того, в какой точке орбиты и в каком направлении выполнять маневры, чтобы изменить определенные параметры орбиты:

1) Компланарные маневры.
☆ Чтобы увеличить высоту апоцентра, надо выполнить маневр по движению в перицентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы увеличить высоту перицентра, надо выполнить маневр по движению в апоцентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы изменить величину аргумента перицентра, надо выполнить маневр радиально внутрь или наружу в перицентре или апоцентре.

2) Некомпланарные маневры.
★ Чтобы изменить наклонение, надо выполнить маневр нормально или антинормально в нисходящем или восходящем узле орбиты.
★ Чтобы изменить долготу восходящего узла, надо выполнить маневр нормально или антинормально в точке орбиты, которая находится выше всего над плоскостью экватора.

3) Смешанные маневры
Чтобы изменить сразу несколько параметров, мы можем выполнять маневр в произвольной точке орбиты (конечно, предварительно рассчитав нужную нам величину и направление включения двигателя).

Выше мы упоминали, что скорость на орбите может меняться под действием внешних факторов или возмущений. К ним относятся:
◆ нецентральность поля тяготения основного притягивающего тела (отличие формы от шарообразной, неравномерное распределение масс внутри);
◆ влияние притяжения других тел (Солнца, Луны, планет);
◆ трение об атмосферу (заметно для околоземных орбит высотой ниже 1000 км);
◆ давление солнечного ветра.

Наличие этих возмущений позволяет «бесплатно» изменять некоторые параметры орбиты. Например, за счет взаимодействия спутника с нецентральным полем тяготения Земли на полярной орбите с наклонением ~97°, плоскость этой орбиты поворачивается так, что за год делает полный оборот на 360°. Такая орбита называется солнечно-синхронной, и спутник на ней может все время видеть под собой освещенную поверхность, а его солнечные батареи — всегда получать заряд.

Торможение об атмосферу может использоваться для целенаправленного снижения высоты орбиты, и это очень значимая возможность для межпланетных миссий. По-английски это называется «аэробрейкинг» и успешно применяется в миссиях к Венере (например «Венера-экспресс») и Марсу (Trace Gas Orbiter миссии «ЭкзоМарс»).

Наиболее интересный потенциал у использования давления солнечного ветра (потока заряженных частиц) для изменения орбиты — этот принцип лежит в основе работы солнечного паруса.

#орбитальнаямеханика
«Энтерпрайз», «Тысячелетний сокол», «Светлячок» — эти имена сразу вызывают образ звездолетов из далекого будущего, совершающих полеты в дальний космос.

Из космических кораблей современности на слуху советский «Буран» и «Спейс шаттлы», каждый из которых имел свое имя: не летавший в космос «Энтерпрайз», «Колумбия», «Челленджер», «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор». Любопытно, что «Энтерпрайз» изначально должен был называться «Конститьюшен», но под давлением «трекки» — фанатов сериала «Стар Трек» — он был назван в честь космического корабля капитана Кирка.

При этом собственные имена есть у кораблей многих других типов. Например, «Старлайнер», так неудачно слетавший на МКС летом этого года, носит собственное имя «Калипсо», и это был его второй полет (каждый раз с новыми сервисными блоками, которые у корабля одноразовые).

Среди «Дрэгонов», космических кораблей компании SpaceX, есть те, которые носят собственные имена: «Эндевор» — С206, совершил 5 полетов к МКС, в том числе один туристический (Ax-1); «Ресилиенс» — С207, три полета, один к МКС и уже две туристических миссии («Inspiration4» и «Polaris Dawn»); «Эндуранс» и «Фридом» — C210 и С212, оба c тремя полетами.

Отечественные космические корабли с собственными именами редкость. Кроме упомянутого выше «Бурана» известно, что его не полетевшие собратья должны были называться «Буря» и «Байкал». Некоторым из кораблей «Союз» были присвоены собственные имена — «Арго», «Юрий Гагарин» (дважды: 1, 2), «С. П. Королёв» и «К. Э. Циолковский».

Все пять европейских грузовых кораблей ATV были названы в честь ученых и писателей. Наши грузовые корабли «Прогресс», советские ТКС и японские HTV удостоились только порядкового номера.

Можно сделать вывод: чем выше многоразовость корабля, тем больше шанс, что его имя будет на слуху и запомнится. Поэтому интересно, как поступит Роскосмос с пилотируемыми транспортными кораблями нового поколения (ПТК НП), тип которых успел сменить название с «Федерации» на «Орла». Если их спускаемые аппараты будут многоразовыми, то появится больше оснований дать им собственные имена. И было бы очень здорово, если бы эти названия выбрала общественность.

#современнаякосмонавтика
О космическом туризме в системе Сатурна

Перед вами изображение, сделанное автоматической межпланетной станцией «Кассини» 10 июня 2006 года. Мы видим яркий месяц — это спутник Сатурна Титан. Его плотная атмосфера рассеивает солнечный свет и превращает спутник в туманный полумесяц. Знаменитые кольца сжаты в узкую полоску. А черный круг на фоне Титана — это ледяная луна Энцелад. У него нет атмосферы, и поэтому его силуэт так резко очерчен.

Как бы выглядела эта сцена, если бы мы могли взглянуть на нее своими глазами, находясь на борту космического круизного лайнера в той же точке пространства, что и «Кассини»? Была бы она столь потрясающей?

Давайте разберемся! Чтобы понять, как бы это увидели бы наши глаза, нужно сначала восстановить взаимное расположение «Кассини» и объектов на снимке в тот момент, когда делалась фотография. В этом нам поможет NASA Eyes — онлайн планетарий, который показывает, кроме прочего, расположение космических аппаратов на их орбитах. Точную дату снимка мы не знаем, но это не беда: введем в программу «10 июня 2006» и немного подвигаем настройки времени вперед-назад, чтобы поймать момент, когда Титан и Энцелад находились на одной линии. Как видно, «Кассини» в момент съемки изображения был на расстоянии более пяти миллионов километров от Титана и почти четырех миллионов километров от Энцелада.

Наш глаз определяет, большой перед нами предмет или маленький, по его угловому размеру. Чтобы узнать, какими бы мы увидели луны*, вобьем в «Volfram Alpha» запрос и получим ответ: 3,5 угловых минут для Титана и 20 угловых секунд для Энцелада. Это очень мало. Напомним, что средний угловой размер Луны — 29 угловых минут. Полумесяц Титана был бы в 8 раз меньше, а рассмотреть темный Энцелад мы бы вообще не смогли. К слову, сам Сатурн с этого расстояния казался бы в три раза крупнее Луны.

То есть, чтобы мы могли рассмотреть эту сцену своими глазами так же, как «Кассини», нам бы понадобился мощный бинокль или небольшой телескоп.

Стоит ли нам лично лететь так далеко, чтобы все равно пользоваться оптическими приборами? Поделитесь своим мнением в комментариях.

* - кроме описанного способа можно просто посмотреть, что изображение было сделано узкоугольной камерой системы Imaging Science Subsystem «Кассини», поле зрения которой 0.35х0.35 градуса. И, исходя из этого, сделать оценку.

#солнечнаясистема
2025/06/15 05:30:16
Back to Top
HTML Embed Code: