В марте я опубликовал материал “Понять баллистику с четвертой попытки” где объяснил ошибочность заголовков некоторых СМИ, которые написали, что космический зонд “ЭкзоМарс” был запущен разгонным блоком “Бриз-М” с “четвертой попытки”. В описании принципов орбитальной механики я сам допустил несколько ошибочных утверждений, но с помощью читателей разобрался, и теперь рассказываю.
Многим понравилась аналогия с качелями, которую я привел когда рассказывал о процессе поэтапного набора скорости космическим аппаратом. Однако, надо учесть, что это сходство внешнее. За набор скорости качелями и спутником отвечают различные физические законы.
Главный фактор обеспечивающий ускорение качелей — не отталкивание ногами, а отклонение нашего тела, и этот процесс описывается уравнением маятника. Амплитуда качания качелей увеличивается путем удлинения и укорочения маятника, частью которого на качелях становится наше тело. Отталкивание ногами тоже может вносить вклад, обеспечивая реактивную силу, но эта прибавка незначительна и вполне можно обойтись без нее.
В случае с космосом физические процессы работают другие. Набор скорости при выведении разгонным блоком “Бриз-М” обеспечивается “эффектом Оберта”. Суть его в том, что набирать скорость тем выгоднее чем быстрее мы движемся. Другими словами разгон с 0 км/ч до 5 км/ч требует больше энергии чем разгон со 100 км/ч до 105 км/ч.
При движении космического аппарата по эллиптической орбите вокруг планеты, наивысшая скорость в момент максимального сближения с планетой. Соответственно, в этот момент наиболее выгодно запускать ракетные двигатели и набирать скорость.
Вторая моя ошибка была в утверждении, что невесомость получают в пикирующем самолете. Это представление у меня сформировалось когда я недостаточно внимательно читал о деятельности авиалаборатории, в которой космонавты готовятся к условиям космоса.
Для получения невесомости самолет действительно проходит этап снижения, но это завершающая часть маневра.
При выполнении фигуры “горка” человек оказывается в невесомости, когда центробежная сила, вызванная маневром и подъемом самолета, компенсирует силу притяжения Земли. Т.е. людей в самолете запускают по баллистической траектории, как катапультой. Подобный момент можно пережить как раз во время выполнения “солнышка” на качелях, в верхней точке траектории.
Такой же эффект на секунду переживает ребенок, которого папа подбрасывает в воздух. Возможно это является причиной почему дети хотят стать космонавтами?
В свое оправдание могу сказать, что в Википедии изложено такое же неполное описание процесса.
В состоянии свободного падения человек тоже может ощутить себя в невесомости, но лучше падать в лифте, чтобы ощущениям не мешал встречный поток воздуха. Собственно в состоянии “падения в лифте” и находятся космонавты на станции или в корабле.
Еще я указал, что на высоте МКС сила притяжения на 5% меньше чем на Земле. Тут тоже неточность, в действительности на экипаж МКС действует около 89% той силы притяжения, что действует на нас.
Для того чтобы добраться до полного нуля силы тяжести надо удалиться намного дальше от Земли. Формально, гравитационное поле планеты нигде не заканчивается, хотя по факту, на некотором удалении, ослабленное поле планеты уже компенсируется гравитационными полями других тел.
Например, ближайшее место, где должна быть “настоящая” невесомость — это точка Лагранжа L1 между Землей и Луной. Там сила притяжения Земли равна силе притяжения Луны. Хотя солнечная гравитация там никуда не денется, поэтому невесомость будет такой же природы, как и для космонавтов на орбите Земли.
Опять-таки между Землей и Солнцем есть такая же точка, где силы притяжения Земли и Солнца взаимоподавляются. Подобные точки Лагранжа есть в системах различных космических тел, и некоторые из них активно используются космонавтикой.
Например точка Лагранжа L1 системы Солнце-Земля используется солнечными обсерваториями. Это позволяет им держать Солнце под неусыпным наблюдением.
А космический аппарат NASA DSCOVR может оттуда же наблюдать Землю с необычного ракурса — он всегда смотрит на планету в полдень.
В точку L1 системы Земля-Луна NASA вынашивает планы доставки небольшого астероида, чтобы потом слетать к нему астронавтам.
Еще стоит отметить, что “точки Лагранжа” являются точками только в математическом смысле. Фактически же, космические аппараты, “подвешенные” в этих точках, движутся по замысловатой траектории называемой “Гало орбитой”, которая намного больше околоземной орбиты, поэтому не стоит опасаться столкновения, если в одной «точке» собрано несколько аппаратов.
