Файл: Авдеев, Ю. Ф. Преддверие сказочного мира. (Космос, баллистика, человек).pdf

Pr

P я с. 50. Проекции траекторий относительного движения кос­ монавта на плоскость, перпендикулярную вектору скорости, при отделении космонавта в плоскости местного горизонта.

рии движения космонавта на плоскости орбиты останется точ­ но такой же, какой она получается при отделении вдоль ско­ рости. Но составляющая скорости wn0 одновременно вызывает перемещение космонавта вверх или вниз от орбиты корабля. Значит, если провести плоскость, перпендикулярную вектору

•скорости корабля, то проекция траектории космонавта на эту

186

плоскость при скорости отделения космонавта с компонентами ®по, Who опишет некоторую кривую. Общий вид этих кривых показан на рис. 50. Оказывается, что они могут представлять собой эллипсы, различным образом ориентированные относи­ тельно осей координат. Размеры эллипсов, их ориентация и эксцентриситет зависят от соотношения скоростей wbo и wD0. Когда w2bo>2w2no, то ось эллипса параллельна оси Ob транс­ портируемой системы координат, т. е. направлена по нормали к плоскости орбиты. С увеличением wn0 эллипс «округляется» и при выполнении условия wbo — 2wno превращается в окруж­ ность. Наконец, если wbo 2аупо, то ось эллипса совпадает с радиусом орбиты. Положение этих эллипсов относительно ко­ рабля при различных направлениях отделения космонавта в плоскости шестого горизонта показаны на рис. 50.

Таким образом, в описываемом варианте отделения космо­ навта траектория его последующего движения будет целиком умещаться внутри цилиндра, ось которого направлена вдоль орбиты полета корабля. В процессе полета космонавт как бы скользит по стенкам цилиндра, описывая удаляющуюся от ко­ рабля спираль.

В а р и а н т 6. Космонавт отделяется от корабля импульсом Wo с компонентами wro, wbo, т. е. в плоскости, перпендикуляр­ ной вектору скорости полета корабля. В этом случае траекто­ рии относительного движения космонавта в проекции на эту плоскость будут также замкнутыми кривыми, имеющими фор­ му эллипсов либо окружности. При этом не следует путать форму траектории с ее проекцией, поскольку по­ следняя, если смотреть с корабля, выглядит доста­ точно просто.

Движение космонавта будет происходить внутри цилиндра, имеющего в се­ чении одну из фигур, изо­ браженных на рис. 51, при ограниченной длине его. Длина цилиндра бу­

187'

VI

КОСМОНАВТ С ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Д А ожно считать, что выход в открытый космос в том случае, ■*"“ когда космонавт привязан к кораблю тросом, задача ре­ шенная. Об этом, в частности, свидетельствует и эксперимент первого в мире космического пешехода А. Леонова во время по­ лета кораблей «Союз-4» и «Союз-5». Следующим этапом дея­ тельности космических пешеходов, по-видимому, будет выход из корабля и перемещение с помощью индивидуальных реак­ тивных двигателей, в том числе и без страховочного троса.

Вооружившись индивидуальным двигателем, космонавт по­ лучит реальную возможность удаляться от корабля на доволь­ но большие расстояния и возвращаться обратно. Однако не нужно думать, что индивидуальный двигатель упростит жизнь космических пешеходов, сделает их путешествие по космосу

189

легким и беззаботным делом. Об этом, в частности, свидетель­ ствуют только что рассмотренные сложности свободного без­ моторного полета. Здесь, разумеется, космонавту не поможет автоматизм, позволяющий нам легко перемещаться по Земле. Даже для безопасной езды на велосипеде требуется приобре­ тение определенных навыков. Космонавт должен будет очень точно рассчитывать и осуществлять каждый свой маневр, ис­ ходя из законов небесной механики. И этому его обязаны на­ учить баллистики. Космонавту необходимо будет с высокой точностью дозировать и импульс тяги, и вектор скорости, кото­ рый, кстати, иногда будет иметь самые неожиданные направ­

космонавт вначале должен будет двигаться в противополож­ ную от него сторону.

Одним словом, передвижение в свободном космическом пространстве с помощью индивидуальных реактивных двигате­ лей зависит от решения большого числа научных и техниче­ ских проблем, использования важных и зачастую парадок­ сальных эффектов небесной механики. В первую очередь эти проблемы связаны с анализом свойств движения космонавта при работающем двигателе, выявлением его особенностей, опасностей и путей рационального управления движением. Ре­ шение этих вопросов — непосредственная обязанность балли­ стиков. Вот об этом и пойдет дальше наша речь.

Космонавт и ракетный двигатель

Итак, чтобы обезопасить выход в открытый космос и обес­ печить возвращение на корабль, космонавту необходим ракет­ ный двигатель. Ракетный двигатель преобразует энергию топ­ лива в кинетическую энергию газового потока, истекающего с высокой скоростью из сопла, и тем самым создает тягу, на­ правленную в сторону, противоположную вектору скорости истечения газа.

Действие тяги ракетного двигателя на движение космонав­ та обычно оценивается величиной создаваемого двигателем ускорения. При свободном движении в космосе даже малое по величине ускорение с течением времени может привести к зна­ чительному изменению скорости и длины пути космонавта. Чтобы оценить это, давайте предположим, что притяжение планет отсутствует и на космонавта действует единственная сила-—это тяга двигателя.

В космической баллистике обычно рассматриваются два

190

случая: движение космонавта при постоянном ускорении и движение под действием постоянной тяги.

Первый случай означает, что в процессе полета тяга двига­ теля регулируется так, что ускорение космонавта будет посто­ янным. При этом величина тяги двигателя с течением времени должна уменьшаться, так как уменьшается масса космонавта за счет истечения газов через сопло двигателя.

Расчеты показывают, что даже столь малое ускорение, рав­ ное всего 1 см/сек2, за время завершения одного витка приве­ дет к смещению космонавта на 145 км. Напомним, что такое смещение получается при отсутствии притяжения планет и по­ стоянном направлении действия тяги двигателя.

Во втором случае, когда тяга двигателя остается постоян­ ной (уместно указать, что этот случай наиболее просто реали­ зуется на практике), расчет скорости полета космонавта без учета действия притяжения планет производится по знамени­ той формуле К- Э. Циолковского:

ла Циолковского и обычно обозначается буквой г. Наименьшее значение числа Циолковского равно 1 и ему

соответствует момент времени включения двигателя. В процес­ се работы двигателя число Циолковского возрастает. Так, ес­ ли к моменту выключения двигателя число с увеличится до 1,030, то скорость космонавта составит 0,03 от скорости истече­ ния газов. А это означает, что при скорости истечения 1 км/сек скорость космонавта увеличится на 30 м/сек.

Из формулы Циолковского следует, что чем выше скорость истечения газов, тем большую скорость получит космонавт при одном и том же расходе топлива. С повышением скорости ис­ течения уменьшается также расход газа для создания одной и той же тяги.

Таким образом, при нахождении в открытом космосе воз­ действие даже относительно малых тяг (сил) с течением вре­ мени может привести к существенному изменению характера движения космонавта. Не случайно, что в ряде случаев при длительных полетах космических аппаратов (в частности, при полетах к Марсу, Венере) учитывается воздействие столь нич­ тожной силы, как давление солнечного света (она составляет величину менее одного миллиграмма).

19!