Файл: Авдеев, Ю. Ф. Преддверие сказочного мира. (Космос, баллистика, человек).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 111
Скачиваний: 0
Прочитав внимательно эти сообщения ТАСС, давайте по пробуем объяснить вопрос, почему старт корабля «Союз-7» произведен в 13 часов 45 минут? Можно предполагать, что время старта корабля «Союз-7» выбиралось из условия, чтобы после выведения на орбиту он оказался как можно ближе к кораблю «Союз-6» (...«установили между собой надежную двустороннюю радиосвязь»...). Для этого, очевидно, необходи мо, чтобы трасса корабля «Союз-6» проходила через точку старта корабля «Союз-7». Проверим нашу гипотезу. Из сооб щения ТАСС находим, что старт корабля «Союз-7» произведен спустя 23 часа 26 мин после старта корабля «Союз-6». При периоде обращения корабля «Союз-6» 88,36 мин в промежуток времени 23 час 26 мин укладывается почти (без нескольких минут) 16 витков его вокруг Земли. Расхождение в несколько минут можно объяснить влиянием нецентральности поля сил на полет корабля. Отсюда следует, что трасса корабля «Союз-б» действительно проходила в окрестности точки старта корабля «Союз-7» и тем самым обеспечивался их последую щий близкий полет.
Изменение периода обращения спутника существенно ме няет вид трассы его полета. В этом вы можете убедиться, еще раз посмотрев на рис. 25. Особый интерес представляет собой трасса полета стационарного спутника, плоскость орбиты ко торого не совпадает с плоскостью экватора. Из рис. 25 видно, что трасса спутника представляется в виде «восьмерки», рас положенной над одним и тем же районом земной поверхности. Она «сужается» с уменьшением наклонения и стягивается в точку, когда орбита становится экваториальной.
Таким образом, мы рассмотрели основные характеристики движения кругового спутника относительно вращающейся Земли. Существенно отметить, что трасса его или «маршрут» движения не могут быть нарисованы произвольно, как это, скажем, выполняется при назначении маршрута полета само лета. Трасса спутника, несмотря на ее причудливый вид, отве чает строгим закономерностям движения и не может быть из менена произвольным образом. Она целиком и полностью оп ределяется наклонением плоскости орбиты и периодом обра щения спутника.
В поисках точки старта
Вообразите, что вы баллистик. Вам задан вопрос: где рас положить точку старта ракеты, чтобы обеспечить выведение спутников на орбиты с наклонением от 30 до 90°?
109
Если не обращать внимание на свойства движения спутниха относительно вращающейся Земли, то ваши рассуждения могут строиться примерно так. Район, где предполагается по строить старт для ракеты, должен удовлетворять следующим основным требованиям:
—ровная местность;
—малонаселенность в направлении пуска ракеты и райо
нах падения отработавших ступеней;
—наличие подъездных путей;
—наличие достаточного пространства для размещения
средств стартового комплекса, служебных помещений, жилья
Ит. д.
Все это безусловно правильно, но совершенно не учитыва ет баллистических требований к орбитам спутников. Как же влияют эти требования на выбор места старта? Когда мы гово рили о полете спутника относительно Земли, то установили, что трасса его полета не выходит за широты, численно равные наклонению плоскости орбиты. Вследствие этого, проектируя выведение спутника на орбиту с наклонением 30°, мы должны точку старта расположить на широте, не превышающей 30°. Если точку старта расположить севернее, то трасса полета спутника с наклонением плоскости орбиты 30° не дойдет до этой точки. Значит, чтобы выйти на эту трассу, необходимо спутнику после выведения на орбиту совершить сложный про странственный маневр и затратить на это много топлива. В свою очередь это повлечет к увеличению веса ракеты, услож нению управления ею и в конечном счете возрастанию ее стои мости. Вот к чему может привести необоснованный выбор точ ки старта! В рассматриваемом случае точку старта целесооб разно выбирать на участке Земли, расположенном в полосе между экватором и параллелью с широтой 30°. Кстати, следует указать, что с территории Советского Союза прямой (без ма невра) вывод спутников на орбиты с наклонением 30° невозмо жен. При старте с космодрома Байконур (откуда производился взлет всех советских пилотируемых кораблей), расположенно го на широте примерно 48°, невозможно создание орбит с на клонением менее 48°. Не случайно наклонение плоскостей ор бит кораблей-спутников «Восток», «Восход» и «Союз» пре вышает 48°.
Но это еще не все. Если вы внимательно следили за запус ками искусственных спутников Земли, то не могли не обратить внимание на одно странное обстоятельство: ни одна из орбит спутников, запускаемых как в Советском Союзе, так и в США, не имеет наклонения, выходящего за пределы от 0 до 90°.
ПО
В чем дело? Оказывается, вот в чем. Вместе с Землей враща ются все предметы, в том числе и стартующая ракета. Значит, когда ракета установлена на стартовом столе, она уже имеет некоторую скорость относительно центра Земли, направленную на восток вдоль параллели. Наибольшее значение эта скорость имеет на экваторе и составляет примерно 460 м/сек, а с пере мещением к полюсам убывает в полюсах и становится равной нулю. Ракетчикам эта скорость достается «бесплатно». Когда баллистики рассчитывают выведение спутника на орбиту, они, конечно, учитывают ее. И чтобы полнее использовать эффект вращения Земли, необходимо выведение на орбиту осуществ лять как можно ближе к направлению на восток.
Вот только по этой причине и выбираются наклонения ор бит от 0 до 90°, соответствующие старту в восточном направ лении. Если же взлет ракеты осуществлять в западном направ лении, то, ничего нового не получая с точки зрения трассы по лета спутника, мы значительно проиграем в весе ракеты, по скольку необходим дополнительный запас топлива на компен сацию скорости вращения Земли. Стартуя строго в восточном направлении, т. е. полностью используя скорость вращения Земли, получим орбиту, наклонение которой будет равно ши роте точки старта. Если же взлетать в других направлениях, то скорость вращения Земли не будет использоваться пол ностью. Отсюда следует, что с целью уменьшения стартового веса ракеты, предназначенной для выведения спутника на ор биту с заданным наклонением, необходимо стартовую площад ку строить на широтах, равных заданным наклонениям. Каж дой орбите — свой старт. Для полярного спутника стартовую площадку необходимо было бы строить на Северном или Юж ном полюсе. Разумеется, что это совершенно немыслимо. По этому ценой некоторой потери эффекта скорости вращения Земли с одной и той же стартовой площадки производится за пуск спутников Земли на различные орбиты.
Полезно еще напомнить, что советские корабли, стартую щие с космодрома Байконур, находятся в несколько худших условиях, чем ракеты США: за счет более северного располо жения полигона они «проигрывают» около 150 м/сек скорости. Американская ракета, установленная в Байконуре, не смогла бы выйти на орбиту спутника Земли; ей потребовался бы до полнительный запас топлива. В то же время советская ракета, стартуя с мыса Кеннеди, имела бы избыток топлива и он мог бы быть использован на увеличение веса полезной нагрузки. А это увеличение может составлять ни мало ни много, а целые тонны. Вот что значит выбор точки старта!
/
По одной из гипотез Луна образовалась в результате раз деления Земли. В таком случае, по-видимому, в то время, ког да она «выходила» на естественную орбиту спутника Земли, она полностью использовала эффект вращения Земли, по скольку ее движение вокруг Земли происходит в направлении с запада на восток, и наклонение орбиты не превышает 30°.
Зоны видимости
«С экипажем поддерживается устойчивая радио- и телеви
зионная связь.
Во время полета с борта корабля проводилась телепереда
ча.
С 22 часов 11 октября до 7 часов 40 минут 12 октября кос мический корабль «Союз-6» будет совершать полет вне зоны радиовидимости с территории Советского Союза.
12 октября космический корабль «Союз-6» на 13-м витке вокруг Земли вошел в зону радиовидимости дальневосточных измерительных пунктов Советского Союза.
Выполнялись наблюдения « фотографирование геолого-гео графических объектов Земли.
Экипажи кораблей «Союз-6» и «Союз-7» установили между собой надежную двустороннюю связь».
Это отрывки из сообщений ТАСС о полете космических кораблей «Союз-6» и «Союз-7». В них идет речь о радиотехни ческой связи кораблей с отдельными пунктами на территории Советского Союза, между кораблями и оптической видимостью поверхности Земли. Радиосвязь и передача телевизионных изображений производится на коротких или ультракоротких волнах. Как известно, эти волны распространяются прямоли нейно и не могут огибать встречающиеся на их пути препятст вия. В связи с этим перед баллистиками при всех пусках кос мических объектов возникает задача определения начала и конца видимости летящего космического аппарата с заданных точек на Земле (измерительных пунктов), либо совместной ви димости кораблей. Интервал времени беспрерывной видимо сти космического аппарата с данного пункта, расположенного на поверхности Земли, либо двигающегося в космосе, называ ется зоной видимости.
Непосредственно из геометрических соображений ясно, что чем выше высота полета спутника, тем больше будет зона его видимости. Это объясняется, с одной стороны, более ранним выходом спутника из-за горизонта и более поздним заходом его, и, с другой стороны, уменьшением скорости полета по ор-
112
бите. Когда трасса полета спутника будет проходить непосред ственно над измерительным пунктом, то зона видимости его будет еще больше. При высоте помета 200 км наибольшая зо на видимости будет составлять 7,1 мин и при высоте полета 600 км — 12,3 мин. В случае прохождения спутника в стороне от пункта зона видимости его сокращается.
Теперь вы можете понять, почему телевизионные ре портажи с борта кораблей-спутников «Союз-6», «Союз-7», «Союз-8» были столь кратковременными. При высоте орбиты 200 км каждый из них находился в зоне видимости приемного пункта в лучшем случае не более 7 мин. При этом следует учесть, что вся зона отсчитывается от момента появления спут ника из-за горизонта и захода его за горизонт. Но вблизи этих моментов будут очень плохими условия распространения ра диоволн, которые улучшаются по мере увеличения высоты спутника над горизонтом. Практически обычно считают, что устойчивая связь со спутником может быть в тех случаях, ес ли он расположен над горизонтом на угловом расстоянии 5-Е-10 градусов. Кроме того, необходимо отвести еще какую-то часть времени на вхождение наземного пункта в связь с кораблем. Все это, разумеется, сокращает зону видимости и усложняет работу средств наземного комплекса управления полетом.
В ясную ночь спутники Земли бывают хорошо видны даже невооруженным глазом. Если вы желаете удивить своего прия теля знанием космической баллистики, то с помощью получен ной формулы можете в уме легко рассчитать приближенную высоту полета спутника. Для этого вам достаточно измерить время полета спутника над вами от момента восхода до захода его, выразив измеренное время в минутах, а затем с помощью формулы
h — A t2 км
легко вычислить высоту его полета.
По единодушному утверждению космонавтов, совершавших полеты на кораблях «Восток», «Восход» и «Союз», Земля очень красивая, если на нее смотреть с орбиты спутника Земли. А как далеко видит космонавт? Может ли он, находясь на вы соте 200 км, охватить единым взглядом, скажем, всю Африку, Северную Америку или Австралию? Граница видимости Зем ли с корабля — ее горизонт. Находясь на высоте h над Зем лей, космонавт будет видеть горизонт («край Земли») на рас стоянии
D - т у г км
3 Ю. Ф. Авдеев |
113 |
от корабля. Здесь высота полета должна быть подставлена в километрах. Формула справедлива для высот полета от 200 до 600 км. При высоте полета 200 км космонавт видит горизонт на расстоянии 1600 км от корабля, а при высоте полета 600 км — 2780 км. Следовательно, экипаж корабля «Союз-6», пролетая на высоте 200 км, в каждый момент времени видел участок земной поверхности радиусом 1600 км. Разумеется, с такой высоты не будет видна даже вся Австралия, не говоря уже о Северной Америке или Африке. Однако экипаж может одновременно любоваться Москвой, Черным и Каспийским мо рями или всеми государствами, расположенными в четырех угольнике Англия — Франция — Италия — Польша.
Таким образом, совершая орбитальный полет, космонавты могли наблюдать за Землею в полосе 1600 км по обе стороны относительно трассы. Правда, участки земной поверхности, расположенные вблизи горизонта, будут плохо просматривать ся и поэтому хорошо различаемая полоса Земли сократится.
Прочтите внимательно отрывок из сообщения ТАСС:
«6 октября 1969 года в Советском Союзе осуществлен за пуск метеорологического спутника Земли «Метеор». Основной задачей запуска спутника является обеспечение получения ме теорологической информации, необходимой для использования в оперативной службе погоды. Спутник выведен на орбиту с параметрами:
максимальное расстояние от поверхности Земли (в апо гее) — 690 км; минимальное расстояние от поверхности Зем ли (в перигее) — 630 км; наклонение орбиты — 81,2°; началь ный период обращения — 97,7 минуты...».
Совершая полет над Землей, спутник «Метеор» может «осматривать» полосу земной поверхности шириной 5600 км и, конечно, в эту полосу уместится любой из циклонов или ан тициклонов. Кроме того, имея большое наклонение плоскости орбиты, спутник в состоянии «осмотреть» всю поверхность Земли, чего невозможно было выполнить при малом значении наклонения.
Теперь остается рассмотреть последний вопрос: а на каком расстоянии могли видеть друг друга экипажи кораблей «Со юз-6» и «Союз-7»? Если высоты полета их над Землей состав ляли hi и /іг соответственно, то наибольшее' расстояние прямой видимости между ними определится с помощью следующей приближенной формулы
D = 113 (]/7г, + j/"A4) км.
Если, в частности, высоты полета их равны, то
114