Ғарыш кемелерінің ұшулары үлкен энергия тұтынуды қажет етеді. Мысалы, ұшыру алаңында тұрып, ұшыруға дайын тұрған «Союз» зымыран тасығышының салмағы 307 тонна болса, оның 270 тоннадан астамы жанар-жағармай, яғни арыстанның үлесі. Ғарыш кеңістігіндегі қозғалысқа ақылсыз энергияны жұмсау қажеттілігі негізінен Күн жүйесінің алыс жерлерін игеру қиындықтарымен байланысты.
Өкінішке орай, бұл бағытта техникалық серпіліс әлі күтілмейді. Отынның массасы ғарыштық миссияларды жоспарлаудың негізгі факторларының бірі болып қала береді, ал инженерлер құрылғының жұмысын ұзарту үшін отынды үнемдеудің барлық мүмкіндігін пайдаланады. Гравитациялық маневр - ақша үнемдеудің бір жолы.
Ғарышта қалай ұшу керек және гравитация дегеніміз не
Құрылғыны вакуумда жылжыту принципі (винтпен де, дөңгелектермен де, басқа нәрсемен де итеру мүмкін емес орта) Жерде жасалған зымыран қозғалтқыштарының барлық түрлері үшін бірдей. Бұл реактивті соққы. Гравитация реактивті қозғалтқыштың қуатына қарсы тұрады. Бұл физика заңдарына қарсы күресте жеңіске жеттіКеңес ғалымдары 1957 ж. Тарихта алғаш рет адам қолымен жасалған аппарат алғашқы ғарыштық жылдамдыққа (шамамен 8 км/с) ие болып, Жер планетасының жасанды серігі болды.
Массасы 80 кг-нан сәл асатын құрылғыны Жердің төменгі орбитасына шығару үшін шамамен 170 тонна темір, электроника, тазартылған керосин және сұйық оттегі қажет болды.
Әлемнің барлық заңдары мен принциптерінің ішінде тартылыс күші, бәлкім, негізгілерінің бірі. Ол элементар бөлшектердің, атомдардың, молекулалардың орналасуынан бастап және галактикалардың қозғалысына дейін барлығын басқарады. Бұл ғарышты игеруге де кедергі.
Жанармай ғана емес
Тіпті алғашқы жасанды жер серігі ұшырылғанға дейін-ақ ғалымдар зымырандардың көлемін және олардың қозғалтқыштарының қуатын ұлғайту ғана емес, табыстың кілті болуы мүмкін екенін анық түсінді. Зерттеушілерді мұндай қулықтарды іздеуге жер атмосферасынан тыс ұшулардың қаншалықты жанармай тұтынатынын көрсеткен есептеулер мен тәжірибелік сынақтардың нәтижелері итермеледі. Кеңестік дизайнерлер үшін мұндай бірінші шешім ғарыш айлағының құрылысына арналған жерді таңдау болды.
Түсіндірейік. Жердің жасанды серігі болу үшін зымыран 8 км/с жылдамдыққа жетуі керек. Бірақ біздің планетаның өзі үздіксіз қозғалыста. Экваторда орналасқан кез келген нүкте секундына 460 метрден астам жылдамдықпен айналады. Осылайша, нөлдік параллель аймағында ауасыз кеңістікке ұшырылатын зымыран өздігінен боладысекундына жарты шақырым дерлік тегін.
Сондықтан да КСРО-ның кең жерінде оңтүстікке қарай жер таңдалды (Байқоңырда тәуліктік айналу жылдамдығы шамамен 280 м/с). Зымыран-тасығышқа ауырлық күшінің әсерін азайтуға бағытталған одан да өршіл жоба 1964 жылы пайда болды. Бұл итальяндықтар екі бұрғылау платформасынан жинаған және экваторда орналасқан бірінші теңіз ғарыш айлағы «Сан-Марко» болды. Кейінірек бұл принцип коммерциялық жерсеріктерді бүгінгі күнге дейін сәтті ұшыратын халықаралық Sea Launch жобасының негізі болды.
Бірінші кім болды
Терең ғарыш миссиялары туралы не деуге болады? КСРО ғалымдары ұшу жолын өзгерту үшін ғарыштық денелердің тартылыс күшін пайдаланудың пионерлері болды. Біздің табиғи жер серігіміздің артқы жағын, өздеріңіз білетіндей, алғаш рет кеңестік Луна-1 аппараты түсірген. Айдың айналасында ұшқаннан кейін құрылғының Жерге оралуы үшін оны солтүстік жарты шар оған бұруы үшін маңызды болды. Өйткені, ақпаратты (алынған фотосуреттерді) адамдарға жеткізу керек болды, ал бақылау станциялары, радиоантенналық ыдыстар дәл солтүстік жарты шарда орналасқан.
Америка ғалымдары ғарыш кемесінің траекториясын өзгерту үшін гравитациялық маневрлерді сәтті қолдана алды. «Маринер 10» планетааралық автоматты ғарыш кемесі Венера маңында ұшқаннан кейін күннің төменгі орбитасына шығу үшін жылдамдықты азайтуға мәжбүр болды. Меркурийді зерттеңіз. Бұл маневр үшін қозғалтқыштардың реактивті күшін пайдаланудың орнына Венераның гравитациялық өрісі көліктің жылдамдығын баяулатты.
Бұл қалай жұмыс істейді
Исаак Ньютон ашқан және тәжірибе жүзінде растаған бүкіләлемдік тартылыс заңы бойынша массасы бар барлық денелер бір-бірін тартады. Бұл тартымдылықтың күші оңай өлшенеді және есептеледі. Бұл екі дененің массасына да, олардың арасындағы қашықтыққа да байланысты. Неғұрлым жақын болса, соғұрлым күшті. Оның үстіне денелер бір-біріне жақындаған сайын тартылыс күші экспоненциалды түрде өседі.
Суретте үлкен ғарыштық дененің (кейбір планетаның) жанында ұшатын ғарыш кемесі өз траекториясын қалай өзгертетінін көрсетеді. Сонымен қатар, массивтік нысаннан ең алыс ұшатын №1 құрылғының қозғалыс бағыты өте аз өзгереді. №6 құрылғы туралы не айту мүмкін емес. Планетоид ұшу бағытын күрт өзгертеді.
Гравитациялық итарқа дегеніміз не. Бұл қалай жұмыс істейді
Гравитациялық маневрлерді қолдану ғарыш кемесінің бағытын өзгертуге ғана емес, оның жылдамдығын реттеуге де мүмкіндік береді.
Суретте ғарыш кемесінің траекториясы көрсетілген, әдетте оны жеделдету үшін пайдаланылады. Мұндай маневрдің жұмыс істеу принципі қарапайым: траекторияның қызыл түспен белгіленген бөлігінде құрылғы одан қашып бара жатқан планетаны қуып жеткен сияқты. Әлдеқайда үлкен дене ауырлық күшімен кішірек денені тартып, оны таратады.
Айтпақшы, бұл жолмен тек ғарыш кемелері ғана емес. Жұлдыздарға байланбаған аспан денелері галактикада күшті және негізгі айналатыны белгілі. Бұл салыстырмалы түрде кішкентай астероидтар (айтпақшы, олардың бірі қазір Күн жүйесінде) және лайықты өлшемдегі планетаоидтар болуы мүмкін. Астрономдардың пайымдауынша, бұл гравитациялық итарқа, яғни үлкенірек ғарыштық дененің соғуы, массасы аз нысандарды өз жүйесінен лақтырып, оларды бос кеңістіктің мұзды суығында мәңгілік кезіп жүруге мәжбүр етеді.
Баяулау әдісі
Бірақ ғарыш аппараттарының гравитациялық маневрлерін пайдалана отырып, сіз олардың қозғалысын жылдамдатуға ғана емес, сонымен қатар баяулатуға болады. Мұндай тежеу схемасы суретте көрсетілген.
Траекторияның қызыл түспен белгіленген бөлігінде планетаның тартылуы гравитациялық итарқасы бар нұсқадан айырмашылығы құрылғының қозғалысын бәсеңдетеді. Өйткені, ауырлық векторы мен кеменің ұшу бағыты қарама-қарсы.
Ол қашан қолданылады? Негізінен зерттелетін планеталардың орбиталарына автоматты планетааралық станцияларды шығаруға, сондай-ақ Күнге жақын аймақтарды зерттеуге арналған. Өйткені, Күнге немесе, мысалы, жұлдызға жақын орналасқан Меркурий планетасына қарай қозғалған кезде, кез келген құрылғы тежеу шараларын қолданбасаңыз, ерікті түрде жылдамдайды. Біздің жұлдыздың керемет массасы және орасан зор тарту күші бар. Шамадан тыс жылдамдыққа ие болған ғарыш кемесі Күн отбасының ең кішкентай планетасы Меркурийдің орбитасына шыға алмайды. Кеме жай ғана өтіп кетедіарқылы, кішкентай Меркурий оны жеткілікті түрде тарта алмайды. Қозғалтқыштарды тежеу үшін пайдалануға болады. Бірақ Күнге гравитациялық траектория, айталық Айға, содан кейін Венераға, зымыран қозғалтқышын пайдалануды барынша азайтады. Бұл отынның азырақ қажет болатынын және бос салмақты қосымша зерттеу жабдығын орналастыру үшін пайдалануға болатынын білдіреді.
Инаның көзіне түсу
Алғашқы гравитациялық маневрлер ұялшақ және тартыншақ жүргізілгенімен, соңғы планетааралық ғарыш миссияларының бағыттары әрқашан гравитациялық түзетулермен жоспарланған. Мәселе мынада, қазір астрофизиктер компьютерлік технологиялардың дамуының арқасында, сондай-ақ Күн жүйесінің денелері туралы, ең алдымен олардың массасы мен тығыздығы туралы ең дәл деректердің болуының арқасында дәлірек есептеулерге ие болды. Және гравитациялық маневрді өте дәл есептеу керек.
Сонымен, траекторияны планетадан қажет болғаннан ұзағырақ салу қымбат жабдықтың жоспарланған жерден мүлде ұшпауы мүмкін. Ал массаны жете бағаламау тіпті кеменің жер бетімен соқтығысуына қауіп төндіруі мүмкін.
Маневрлар бойынша чемпион
Бұл, әрине, «Вояджер» миссиясының екінші ғарыш кемесі деуге болады. 1977 жылы шығарылған құрылғы қазіргі уақытта өзінің жұлдыздық жүйесінен шығып, белгісізге өтуде.
Жұмыс барысында аппарат Сатурн, Юпитер, Уран және Нептунды аралады. Ұшу кезінде Күннің тартылуы оған әсер етті, одан кеме бірте-бірте алыстап кетті. Бірақ жақсы есептелген гравитациялық күштің арқасындаманеврлер, планеталардың әрқайсысы үшін оның жылдамдығы төмендеген жоқ, бірақ өсті. Әрбір зерттелген планета үшін трасса гравитациялық итарқа принципі бойынша құрылған. Гравитациялық түзетуді қолданбағанда, Voyager оны осы уақытқа дейін жібере алмас еді.
Вояджерлерден басқа, Розетта немесе Жаңа көкжиектер сияқты белгілі миссияларды іске қосу үшін гравитациялық маневрлер қолданылды. Сонымен, Розетта Чурюмов-Герасименко кометасын іздеуге шықпас бұрын Жер мен Марсқа жақын жерде 4 рет гравитациялық жеделдету маневрін жасады.
