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: 87
Скачиваний: 0
движения можно найти величину смещения станции в направ лении от Солнца, которое составит около 1000 км. А это уже немалая величина и ею, разумеется, нельзя пренебречь, так как она может отклонить точку попадания на Венеру на 1000 км. Конечно, это расчет приближенный и носит качествен ный характер, но он дает наглядное представление о влиянии светового давления на полет космических аппаратов.
Но световое давление — это не только источник помех в осуществлении космических полетов. Существуют различные проекты использования светового давления для управления полетом космических аппаратов аналогично тому, как это де лают моряки на парусном корабле. Действительно, световое давление можно уподобить давлению ветра. На космическом корабле также необходимо иметь большую, отражающую сол нечный свет, поверхность. Лучи Солнца, отражаясь от этой по верхности, создают силу, воздействующую на космический ко рабль. Эта поверхность удачно названа солнечным парусом. Правда, солнечный парус не будет сильно «надут», потому что световое давление несравнимо меньше давления ветра и кос мический корабль не «бежит себе в волнах на раздутых пару сах». Но зато этот парус может быть сделан из чрезвычайно легкого материала, например, из тончайшей алюминиевой фольги. Солнечный парус в виде квадрата со стороной 10 м создает силу в 90 мг. Имея в виду невесомость, парус можно сделать еще больших размеров, например, в виде квадрата со стороной 100 м. Тогда сила «тяги» увеличится до 9 г. Правда, это по-прежнему мизерные силы, но, как мы уже убедились, на протяженных космических трассах они могут привести к ощутимым результатам. Так, если бы на станции «Венера-4» стоял солнечный парус площадью 100 м2 (квадрат 10 X 10 м), все время своей плоскостью ориенти рованный на Солнце, то это бы привело к промаху более чем
на 30 тыс. км.
Таким образом, световое давление — это не только источ ник возмущений в движении космических аппаратов. Оно мо жет быть с успехом использовано, правда, в ограниченных рамках для решения некоторых задач управления полетом и ориентации аппаратов в пространстве. Однако если в реали зации идеи использования светового давления баллистикам бу дет способствовать более или менее ясная динамика движения аппаратов, то у инженеров, которые должны сконструировать солнечный парус, могут возникнуть серьезные проблемы. Оче видно, что для достижения больших управляющих сил необхо димы громадные площади паруса, сравнимые, например, с пло
48
щадью стадиона. Из какого материала сделать его, как раз вернуть его в пространстве, что делать, если он затеняет ряд звезд или планет, которые необходимо видеть с корабля? Это далеко не полный перечень возникающих проблем и только по этой причине, т. е. из-за трудностей инженерного решения, сол нечный парус пока еще не нашел практического применения и в силу этого в настоящее время может быть отдан «в экс плуатацию» фантастам и любителям пока несбыточных проек тов.
4 Ю. Ф. Авдеев
II
ПЕРЕД ДАЛЬНЕЙ ДОРОГОЙ
Примеров путешествий мы знаем множество. Колумб на сзоих каравеллах достиг берегов Америки. Магеллан про
плыл вокруг Земли, Афанасий Никитин прошел из Москвы в Индию. Луи Блерио перелетел Ла-Манш. Экипажи Чкалова и Громова добрались по воздуху из Москвы до Америки через Северный полюс. Это —■эпохальные путешествия, их соверши ли мужественные и отважные люди.
Вы тоже наверняка совершали путешествия, пусть и не столь грандиозные по своим масштабам. Но ни в одном из них перед вами никогда не стоял в качестве принципиального воп рос о скорости движения. Точно так же, если бы Чкалов летел в Америку на другом типе самолета, т. е. двигался с другой скоростью, то просто изменилась бы продолжительность его
50
полета. Магеллан тоже бы совершил кругосветное путешест вие, если бы его корабли вдруг стали плыть быстрее. Конечно, вопрос о быстроте передвижения всегда находился в центре внимания и люди находили все новые и новые средства для увеличения скорости. Однако и в этом случае всякое непроиз вольное изменение скорости и даже временная остановка не могли приостановить путешествие. При этом увеличение ско рости передвижения никогда не являлось принципиально не обходимым условием осуществления путешествия, без которо го невозможна сама экспедиция.
Совершенно иначе обстоит дело при полетах в космосе. Здесь в качестве главного необходимого условия путешествия выступает скорость. Только необходимый минимум скорости позволяет выйти на орбиту спутника. Если скорость полета меньше этого минимума, ракета, взлетев, тут же упадет на Землю. Чтобы оторваться от Земли, необходим другой, более высокий уровень скорости, не достигнув которого мы будем вечными пленниками Земли. Почему это происходит, от чего зависят величины скоростей, каковы необходимые условия осу ществления космических полетов, что такое маршруты движе ния космических кораблей и как их предугадать — вот об этом прежде всего и будет идти наша речь.
Что значит задать орбиту
Собираясь в путешествие, вы назначаете свой маршрут движения, сообразуясь с рельефом местности, временем года и суток, наличием дорог, собственными силами, поклажей и мно гими другими факторами. Выбранный вами пешеходный марш рут может иметь причудливый вид, петлять, извиваться, оги бать горы и озера, подниматься по склонам холмов и в живо писных местах предусматривать остановки. Начертив на карте или чистом листе бумаги свой предполагаемый путь и отметив время прохождения его отдельных участков, вы можете с пол ным основанием утверждать, что задали свой маршрут. В про цессе путешествия на отдельных отрезках пути вы можете ид ти быстрее или медленнее и это в принципе ничем не грозит вам, кроме как более поздним прибытием к конечному пункту.
Авиационные и морские штурманы прокладывают маршру ты своих лайнеров по наикратчайшим расстояниям между пунктами, а время прибытия определяют по технической ско рости движения лайнеров.
Этим самым они также задают свои маршруты движения. В отличие от маршрутов движения (пешеходам, автомобилям,
4* |
51 |
тепловозам, морским судам и даже самолетам) для космиче ских аппаратов задаются орбиты или траектории движения. Траектория движения — это совокупность последовательных положений аппарата, летящего в космическом пространстве. Если предположить, что траектория движения задана, то это значит, что нам дана сложная пространственная кривая ли ния, по которой будет двигаться космический аппарат. Пред ставить ее в виде какой-то модели — сложное, а главное, бессмысленное дело, поскольку пользоваться ею на практике будет очень неудобно. Вот поэтому заданная траектория дви жения космических аппаратов не может быть показана так же просто, как маршруты движения для наземных средств, передвижения, и имеет принципиальные особенности по срав нению с ним.
Первая особенность состоит в том, что все виды наземных средств (в том числе и авиационные) передвижения использу ют обязательно ту или иную опору — поверхность Земли, во ду или воздушную среду. Поэтому, отталкиваясь от этой опо ры, они в состоянии произвольным образом изменять маршрут своего движения, увеличивать или уменьшать скорость и даже делать преднамеренные остановки, совершенно не препятст вующие дальнейшему путешествию. У космического аппарата нет такой опоры, и он летит по строго заданной траектории, определяемой условиями выхода на орбиту и последующим действием сил, опираться на которые он уже не может.
Вторая особенность заключается в строгом лимитировании скорости его движения. Даже незначительное изменение скоро сти движения может привести к срыву всего полета и невы полнению поставленной задачи. Оказывается, что изменение скорости полета космического аппарата автоматически приво дит к изменению траектории его движения, т. е. траектория и скорость глубоко связаны между собой и неразделимы. Конеч но, такого явления мы не наблюдаем у наземных средств пере движения.
Как же тогда задать траекторию движения космического аппарата и чем она определяется?
На этот вопрос можно ответить следующим образом. За дайте своим приятелям такой вопрос: где вы были вчера? Од на часть из них может ответить примерно так:
—За городом в лесу.
—В кино.
—На рыбалке.
—На работе.
Другая часть, прежде чем ответить, переспросит: а в кото
52
ром часу? Эта часть ваших приятелей более внимательна к постановке вопроса и ответу на него. Вчера — это сутки. В те чение суток вы можете побывать во многих местах и поэтому ответ на поставленный вопрос может быть растяжимым: надо, строго говоря, на каждый момент времени указать свое место положение. Первая часть приятелей, видимо, имела в виду только лишь наиболее значительные для них события за истек ший день, но гораздо меньше обращала внимание на простран ственную сторону дела. Итак, когда мы задаем вопрос «где?» то ответом на него будет местоположение интересующего нас объекта в данный момент времени. Местоположение в геомет рии, баллистике и вообще в математике определяется коорди натами объекта или отдельной точки его в определенной систе ме отсчета. Мы живем в трехмерном мире, или, как говорят, в пространстве трех измерений. Например, дом имеет определен ную длину, ширину и высоту. Чтобы показать электромонтеру место, где вы желаете подвесить лампочку, вы можете ука зать точку на полу, над которой должна висеть лампочка (можно указать эту точку и прямо на потолке). Этим сам ьт вы уже задали две координаты: точка на полу — это расстоя ния от двух пересекающихся стен. Третья координата — это высота лампочки над полом. В данном примере две пересе кающиеся стены и пол являются системой отсчета координат всех предметов в комнате, в том числе и лампочки. Обобщая это понятие и распространяя на космические масштабы, точнотак же вводятся системы координат для определения местопо ложения космических объектов. Одна из таких систем была упомянута ранее — это геоцентрическая невращающаяся си стема координат (рис. 12).
Вместо этой системы часто используют и так называемую гринвичскую систему координат. Все ее отличие от описанной системы состоит в том, что ось Л', а следовательно, и ось У уже не остается неподвижной в пространстве, а вращается вме сте с Землей. Условились, чтобы эта ось проходила черезгринвичский (нулевой) меридиан. Существуют и другие систе мы координат, о которых мы будем говорить позже.
Чтобы определить положение космического аппарата в. этих системах координат (точно так же и в других прямоуголь ных системах), достаточно указать численные значения трех, величин X, У, Z. В процессе полета координаты X, У, Z будут беспрерывно меняться, т. е. они являются функцией времени. Значит, когда мы указываем координаты космического аппа рата, то одновременно должны приписать им определенное время. Отсчет времени — достаточно сложная отрасль астро
53-