Технополис завтра
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Новости Интересное

Понять баллистику с четвертой попытки

17.03.2016

Тема "ЭкзоМарса" не отпускает. Космический аппарат успешно движется к Марсу, а все российское космическое сообщество смеется над фразой журналистов NewsRu и "Эха Москвы" про разгонный блок "Бриз-М", который сумел "только с четвертой попытки" осуществить запуск аппаратов.

Одним предложением авторы одновременно расписались в своей ангажированности и полном непонимании вопроса.

Баллистика космических полетов - это сложнейшая наука, полная математики, как и вся космонавтика. Однако я попытаюсь объяснить на пальцах, как сам понимаю, что же происходило в космосе 14 марта между 12:41, когда состоялся запуск ракеты "Протон-М", и 23:13, когда космический аппарат отделился от разгонного блока "Бриз-М".

Для начала некоторые азы орбитальной механики. Первая космическая скорость - это скорость, которую требуется набрать, чтобы выйти на орбиту вокруг какого-либо космического объекта. Выйти на орбиту - это значит лететь так быстро над его поверхностью, чтобы не упасть на нее. Для Земли такая скорость составляет около восьми километров в секунду для низкой околоземной орбиты. Для кометы Чурюмова-Герасименко такая скорость около двух метров в секунду. Как можно догадаться, космическая скорость напрямую зависит от массы и силы притяжения объекта, вокруг которого мы пытаемся крутиться.

А еще, надеюсь, все знают, что с расстоянием сила притяжения падает. На высоте МКС, кстати, сила притяжения Земли составляет около 95% от той, что действует на нас с вами, и их невесомость родственна той, которая образуется в резко пикирующем самолете или падающем лифте. Собственно, орбитальный полет - это и есть постоянное падение.

Можно догадаться, что раз с расстоянием падает сила притяжения, медленнее будет орбитальная скорость когда мы летим дальше от объекта. Например, если б у Земли не было атмосферы, то для полета на уровне моря нам пришлось бы лететь со скоростью 7,9 км/с. На низкой околоземной орбите, там где не мешает атмосфера, уже хватает 7,81 км/с. А на геостационарной орбите, на высоте 36 тыс км, первая космическая равна 3,1 км/с.

Вторая космическая скорость - это та, которую требуется набрать чтобы покинуть окрестности тела, у которого мы крутились с первой космической. Для того чтобы стартовать с низкой околоземной орбиты Земли нужно разогнаться до 11,2 км/с.

И тут мы возвращаемся к "ЭкзоМарсу". Когда он стартовал на "Протоне", то вышел на суборбитальную траекторию, т.е. его скорость была меньше первой космической. Это норма, "Протон-М" уже 100 раз так делал. Дальше уже работа "Бриза-М".

Если бы у нас был небольшой спутник, и был запас по массе и габаритам, то можно было бы ломануться к Марсу напрямик - врубить форсаж и рвануть сразу до второй космической. Это мог бы сделать другой разгонный блок "ДМ". У него мощнее двигатель, зато топлива улетает больше. "Бриз-М" - это коммерческий разгонный блок, созданный в 90-е годы. Его задача с минимальными затратами вытянуть максимально большой груз. Поэтому "Бриз-М" в два раза меньше "ДМ". Но при этом вытягивает почти в полтора раза больше. И для этого он пользуется хитростями орбитальной баллистики под названием "Эффект Оберта".

Тут все просто...

Шучу. Сильно упрощая, можно сказать, что эти хитрости знает практически любой, у кого было нормальное дворовое детство. На качелях раскачивались? Помните, как делать "солнышко"? Значит поймете, как работает "Бриз-М" и зачем ему "четыре попытки". Вспомните, что нужно, чтобы до большой скорости раскрутить качели. Чтобы провернуть их одним махом нужно быть штангистом или профессиональным гимнастом. Но "солнышко" доступно любому ловкому и достаточно смелому десятилетнему пацану, только ему потребуется больше времени и больше движений - совсем как "Бризу-М".

Итак, "ЭкзоМарс" на суборбитальной траектории, производители "Протона" принимают поздравления и пьют чай, а производители "Бриза" переходят на валерьянку. Первое включение двигателей - разгонный блок с космическим аппаратом достигают первой космической скорости и выходят на круговую орбиту.

Второе включение двигателей - круговая орбита превращается в эллиптическую, на одном краю эллипса аппарат все еще пролетает на низкой орбите, а на другом конце эллипса удаляется от планеты и... замедляется. Это первое "движение качелей". Теперь когда нам еще выгоднее поддать скорости? Вспоминаем дворовое детство. Когда качели летят вниз и набирают максимальную скорость.

Точно так же, на этапе максимального ускорения, ближе всего к Земле, "Бриз-М" снова поддает газу. Быстро проносится у нас над головами и снова выключает двигатели - экономит топливо.

Но скорость прибавилась, эллипс увеличился, на дальнем его конце еще слабее сила притяжения, а на спуске выше скорость "падения" к Земле.

Снова сближение с планетой и четвертое включение двигателей. Вторая космическая преодолена, орбитальные качели набрали такую скорость, что срываются с оси и уносят своего "пилота" к Марсу.

На все эти движения и потребовалось почти одиннадцать часов. Работа "Бриза" выполнена. Он уносится в межпланетное пространство вместе с "ЭкзоМарсом". После отделения аппарата, "Бриз" вроде бы еще раз включал двигатели чтобы гарантированно не врезаться по пути в "ЭкзоМарс" или даже в Марс.

Так Россия справилась со своей миссией на этом этапе, и пополнила "Бризом" группировку рукотворных астероидов, вращающихся вокруг Солнца между Землей и Марсом.

Надеюсь теперь немного понятнее, как летают в космосе, и сколько инженерных и математических находок реализуется в космонавтике. За каждой операцией и каждой гайкой стоят десятки и тысячи человекочасов квалифицированной работы, которая обеспечивает изучение и освоение космоса.

Подробнее о процессе запуска "ЭкзоМарса" можно прочесть в блоге ESA.
О "Бризах" подробно рассказывал lozga, и вообще на него рекомендую подписаться всем, кому интересна космонавтика.

Оригинал взят у zelenyikot


 
Социальные комментарии Cackle
Loading...
Загрузка...

© 2009 Технополис завтра

Перепечатка  материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши  правила  строже  этих,  пожалуйста,  пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.