Уявімо собі, що космічний корабель виконав завдання по дослідженню однієї з планет і повер

Головна сторінка> Цитатник

З КОСМОСУ - НА ОРБІТУ НАВКОЛО ЗЕМЛІ

Уявімо собі, що космічний корабель виконав завдання по дослідженню однієї з планет і повертається на Землю. Він летить у багато разів швидше артилерійського снаряда, вистрілений з потужною гармати.


З КОСМОСУ - НА ОРБІТУ НАВКОЛО ЗЕМЛІ


Як це зробити найбільш раціонально, з якого боку підійти до блакитного океану Землі, під яким кутом «пірнути» в нього, щоб не згоріти, подібно метеора, і по можливості швидше стати супутником Землі?


Якби міжпланетний корабель увійшов в повітряний океан без зниження швидкості, він згорів би подібно небесному каменю ще на підступах до щільним верствам атмосфери. Адже при гальмуванні тіла, що рухається з величезною швидкістю, його енергія руху перетворюється на теплову. Саме тому розплавляється свинцевий сердечник кулі при ударі об кам'яну стіну, нагрівається молоток при куванні металу. Космічний апарат перед спуском на Землю повинен багато разів облетіти навколо земної кулі в верхніх шарах атмосфери, щоб знизити свою швидкість насамперед до першої космічної, рівній близько 8 км / сек. Це швидкість, при якій апарат стає супутником нашої планети.


По відношенню до спостерігача, що знаходиться на Північному полюсі, наша планета обертається проти годинникової стрілки. Тому на кругову орбіту міжпланетний корабель повинен виходити «навздогін» Землі, що обертається навколо своєї осі із заходу на схід. У цьому випадку швидкість корабля щодо точки, розташованої на екваторі, буде менше майже на півкілометра в секунду. Але все ж швидкість корабля по відношенню до Землі буде величезною. Наскільки ж близько від планети треба пройти перший раз космічному апарату, що летить з певною швидкістю, щоб, з одного боку, під дією земного тяжіння змінити напрямок руху і обігнути планету, а з іншого - не згоріти при вході в атмосферу?


Перш за все космонавти на міжпланетному кораблі будуть мати на увазі, що їх рідна планета обертається навколо своєї осі. За 24 години кожна точка на екваторі пробігає шлях близько 40000 км (така окружність Землі). Таким чином, часовий пробіг кожної точки поверхні на екваторі дорівнює 1666 км. Не всі сучасні літаки мають таку швидкість.


На кругову орбіту корабель не може перейти відразу, йому доведеться зробити кілька оборотів по еліптичній траєкторії.


Вчені теоретично давно розробили можливі способи переходу повертається з космосу міжпланетного корабля на орбіту навколо Землі. Один з них, званий методом повернення по гальмівним еліпсам [6], ми зараз розберемо. Міжпланетний корабель (рис. 2) рухається в район Землі по параболі зі швидкістю 11,2 км / сек і пронизує повітряний океан, лише торкаючись щільних шарів атмосфери У цих шарах атмосфери швидкість знижується, а крила корабля створюють «підйомну» силу, спрямовану до центру землі. Ця сила, притискаючи корабель до Землі, викривляє траєкторію польоту і виводить корабель спочатку на еліптичні, а потім і на кругову траєкторії.


Отже, для швидкого зменшення швидкості вигідно направляти повертається з космосу апарат таким чином, щоб вже при першому обгинанні земної кулі він пройшов на можливо меншій відстані від поверхні нашої планети.


Тривалість кожного обороту буде визначатися тим, наскільки близько від поверхні планети космічний корабель пройде перший раз. Так, наприклад, якщо при першому «гальмівному» еліпсі він пройде на висоті близько 80 км, то буде звертатися, знижуючи швидкість, протягом дев'яти діб. Потім вийде на кругову орбіту, повністю знаходиться в межах атмосфери. Якщо ж міжпланетний корабель пролетить на висоті близько 65 км, то час гальмування складе всього 9 годин.


Мал. Так буде входити в атмосферу Землі космічний корабель


Однак це невигідно через надмірне аеродинамічного нагріву і великих перевантажень, які буде відчувати корабель. Так, якщо перигей (найближча до Землі точка) першого гальмівного еліпса дорівнює 80 км, то поверхня апарату розігріється приблизно до 1000 ° С, а прискорення не перевищить 0,2 прискорення сили тяжіння на земній поверхні. Якщо ж корабель пройде на висоті 67 км, то прискорення перевищить земне в 1,8 рази, а температура обшивки досягне 1500 ° С.


З цих розрахунків видно, що для повернення космічного корабля по гальмівним орбітах потрібно виключно висока точність і чутливість приладів управління.


Ось чому при управлінні літальним апаратом, що повертається з космосу по гальмівним еліпсам, необхідно з дуже високою точністю вимірювати величину і напрямок його швидкості. Розрахунки показують, що помилка у вимірі напрямку швидкості всього на одну соту градуса приведе до відхилення висоти перигея першого гальмівного еліпса на 12 км. При відхиленні швидкості корабля від заданої всього на 0,0015 км / сек величина перигею зміниться на 9 км. Неточність у визначенні напрямку польоту літального апарату на 0,01 градуса на відстані в чотири земних радіуса збільшить тривалість гальмування в п'ять разів.


Дуже велике значення при гальмуванні має форма корабля.


Звичайно, можна знизити швидкість руху корабля і по-іншому. Для цього довелося б включити ракетні двигуни зворотної тяги. Але це веде до необхідності мати на борту міжпланетного апарату великі запаси палива. Щоб при поверненні з космосу погасити швидкість корабля корисним вагою 7 т з 11 до 7,6 км / сек за допомогою сучасних зарубіжних ракетних двигунів, необхідно мати на борту близько 27 т палива. Це збільшить загальний стартова вага ракети в чотири рази. Повернення корабля з таким же корисним вагою по розрахованим з великою точністю гальмівним еліпсам зажадає всього 140 кг палива. Воно буде потрібно для компенсації непередбачених відхилень від розрахункової траєкторії і для коригування швидкості.


Мал. Кабіна корабля-диска при вході в атмосферу Землі буде перебувати в зоні абсолютного вакууму


Яка найбільш ймовірна форма літального апарату, здатного погасити високі космічні швидкості і вийти з гальмівним еліпсам на кругову орбіту навколо Землі? Розглянемо описану недавно [7] схему корабля-диска. Диск повинен входити в атмосферу під кутом, рівним 45 градусам, як це показано на рис. Щоб апарат не перекидався в польоті, він повинен обертатися в площині диска.


Гаряча поверхня корабля може в цьому випадку являти собою плоский диск, який буде частково обгорати при вході в атмосферу Землі. Через сильний нагрівання корабля неможливе тривале контакт його з атмосферою. Тому апогей (найбільш віддалена від Землі точка орбіти) перших гальмівних еліпсів обов'язково повинен знаходитися поза атмосферою. Таким чином, корабель-диск після кожного «пірнання» в блакитний океан буде вискакувати з нього, щоб охолодитися в просторах космосу.


При швидкості польоту 11,2 км / сек, що в 34 рази більше швидкості звуку, що дорівнює приблизно 330 м / сек, тиск за ударною хвилею на передній до потоку поверхні перевищить навколишній тиск в 1085 разів. Стала температура при такому гальмуванні буде близька до 50000 градусів. Нижня, звернена до Землі, поверхня апарату буде перебувати у вакуумі. На ній і припускають розмістити кабіну космонавтів, щоб уберегти його від дії високих температур.


Як тільки диск почне рухатися по круговій траєкторії, він перевернеться і кабіна космонавта виявиться зверху.


Політ по гальмівним еліпсам повинен тривати до тих пір, поки швидкість не знизиться приблизно до 8 км / сек, що відповідає швидкості супутника, що летить на постійній і порівняно невеликій висоті.


Повернення міжпланетного корабля з космосу в атмосферу пов'язано з рішенням надзвичайно важких теплових проблем. Однак аеродинамічний вакуум захистить найважливіші частини дискового літального апарату від прямого впливу гарячих газів. Це допоможе міжпланетному кораблю благополучно вийти на орбіту навколо Землі і знизити швидкість до першої космічної.


Після того як швидкість руху по орбіті стане значно нижче 8км / сек, корабель-диск вже не зможе виходити за межі атмосфери для охолодження. Однак і в цьому випадку, змінюючи положення диска по відношенню до напрямку польоту, можна рухатися по траєкторії з періодично змінюється висотою.


Які ж найбільш вірогідні конструкції літальних апаратів, здатних погасити космічну швидкість при поверненні з космосу?

Головна сторінка> Цитатник