Mitu kilomeetrit maast ISS-i. Kui kaugel on ISS Maast: kilomeetrid kosmosejaamani

Nagu teate, ripuvad geostatsionaarsed satelliidid liikumatult maa kohal sama punkti kohal. Miks nad ei kuku? Sellel kõrgusel pole raskusjõudu?

Vastus

Geostatsionaarne kunstlik Maa satelliit on seade, mis liigub ümber planeedi idasuunas (samas, kus Maa ise pöörleb) ringekvatoriaalsel orbiidil, mille pöördeperiood on võrdne Maa enda pöörlemisperioodiga.

Seega, kui vaatame Maalt geostatsionaarset satelliiti, näeme seda liikumatult samas kohas rippumas. Selle liikumatuse ja umbes 36 000 km kõrguse kõrguse tõttu, kust paistab peaaegu pool Maa pinnast, paigutatakse geostatsionaarsele orbiidile televisiooni, raadio ja side releesatelliidid.

Sellest, et geostatsionaarne satelliit ripub pidevalt sama punkti kohal Maa pinnal, teevad mõned vale järelduse, et geostatsionaarset satelliiti ei mõjuta Maa poole suunatud gravitatsioonijõud, et gravitatsioonijõud kaob teatud kaugusel maapinnast. Maa, st nad lükkavad ümber väga Newtoni. Muidugi pole see tõsi. Satelliitide saatmine geostatsionaarsele orbiidile arvutatakse täpselt Newtoni universaalse gravitatsiooniseaduse järgi.

Geostatsionaarsed satelliidid, nagu kõik teised satelliidid, langevad tegelikult Maale, kuid ei jõua selle pinnale. Neile mõjub Maa külgetõmbejõud (gravitatsioonijõud), mis on suunatud selle keskpunkti poole ja vastassuunas mõjub satelliidile Maad tõrjuv tsentrifugaaljõud (inertsjõud), mis tasakaalustavad üksteist – satelliit ei lenda Maast eemale ega kuku sellele täpselt nii nagu trossil keerutatud kopp jääb tema orbiidile.

Kui satelliit üldse ei liiguks, siis langeks see Maale gravitatsiooni mõjul selle poole, kuid satelliidid liiguvad, sealhulgas geostatsionaarselt (geostatsionaarne - nurkkiirusega, mis on võrdne Maa pöörlemise nurkkiirusega, s.o üks pööre päevas ja madalamatel orbiitidel olevatel satelliitidel on suurem nurkkiirus, st nad suudavad teha mitu tiiru ümber Maa päevas). Maapinnaga paralleelsele satelliidile otse orbiidile sisestamisel antav lineaarkiirus on suhteliselt suur (madalal Maa orbiidil - 8 kilomeetrit sekundis, geostatsionaarsel orbiidil - 3 kilomeetrit sekundis). Kui Maad ei oleks, siis lendaks satelliit sellise kiirusega sirgjooneliselt, kuid Maa kohalolek sunnib satelliidi gravitatsiooni mõjul sellele kukkuma, painutades trajektoori Maa poole, kuid maapinna pind. Maa ei ole lame, see on kõver. Nii kaugele kui satelliit läheneb Maa pinnale, eemaldub Maa pind satelliidi alt ja seega on satelliit pidevalt samal kõrgusel, liikudes mööda suletud trajektoori. Satelliit kukub kogu aeg, kuid ei saa kukkuda.

Niisiis langevad kõik Maa tehissatelliidid Maale, kuid mööda suletud trajektoori. Satelliidid on kaaluta olekus, nagu kõik langevad kehad (kui pilvelõhkuja lift läheb katki ja hakkab vabalt langema, siis on ka sees olevad inimesed kaaluta olekus). ISS-i sees asuvad astronaudid ei ole kaaluta mitte sellepärast, et Maale mõjuv gravitatsioonijõud orbiidil ei mõjuks (seal on see peaaegu sama, mis Maa pinnal), vaid seetõttu, et ISS langeb vabalt Maale – mööda suletud ringtrajektoor.

Meie planeedi atmosfäär kaitseb meid ultraviolettkiirguse ja arvukate Maale lähenevate meteoriitide eest. Enamik neist põleb atmosfääri tihedates kihtides täielikult ära, täpselt nagu orbiidilt langev kosmosepraht. Kuid see asjaolu on kosmosetööstuse jaoks terve probleem, sest astronaude tuleb mitte ainult orbiidile saata, vaid ka tagasi saata. Kuid astronaudid viivad oma viibimise rahvusvahelises kosmosejaamas turvaliselt lõpule, naastes spetsiaalsetes kapslites, mis atmosfääris ära ei põle. Täna vaatame, miks see nii juhtub.

Kosmoselaevad, nagu ka maavälised objektid, kannatavad atmosfääri hävitava mõju all. Atmosfääri gaasikihtide aerodünaamilise takistusega kuumutatakse iga olulise kiirusega liikuva keha pind kriitiliste väärtusteni. Seetõttu pidid disainerid selle probleemi lahendamiseks palju vaeva nägema. Kosmosetehnoloogia selliste mõjude eest kaitsmise tehnoloogiat nimetatakse ablatiivseks kaitseks. See sisaldab asbesti sisaldavatel ühenditel põhinevat pinnakihti, mis kantakse lennuki välisosale ja mis osaliselt hävib, kuid võimaldab hoida kosmoselaeva ennast tervena.

Astronautide naasmine ISS-ilt Maale toimub spetsiaalses kapslis, mis asub kosmoselaeval Sojuz. Pärast ISS-ilt lahti dokkimist hakkab laev Maa poole liikuma ja laguneb umbes 140 kilomeetri kõrgusel kolmeks osaks. Kosmoselaeva Sojuz instrumendi- ja tarbekambrid põlevad atmosfääris täielikult ära, kuid astronautidega laskumissõiduk on kaitsva kihiga ja jätkab liikumist. Ligikaudu umbes 8,5 kilomeetri kõrgusel vallandub pidurdav langevari, mis aeglustab oluliselt kiirust ja valmistab seadme maandumiseks ette.

Kui vaatate astronautidega kapslite fotosid pärast nende maandumist, näete, et need on peaaegu musta värvi ja neil on atmosfäärikihtide kaudu lendamise tagajärjel põlemisjälgi.

Või miks satelliidid ei kuku? Satelliidi orbiit on delikaatne tasakaal inertsi ja gravitatsiooni vahel. Gravitatsioonijõud tõmbab satelliiti pidevalt Maa poole, samal ajal kui satelliidi inerts hoiab selle liikumist sirgena. Kui gravitatsiooni poleks, saadaks satelliidi inerts selle otse Maa orbiidilt avakosmosesse. Kuid igas orbiidi punktis hoiab gravitatsioon satelliidi lõastatuna.

Inertsi ja gravitatsiooni vahelise tasakaalu saavutamiseks peab satelliidil olema rangelt määratletud kiirus. Kui see lendab liiga kiiresti, ületab inerts gravitatsiooni ja satelliit lahkub orbiidilt. (Planeetidevaheliste kosmosejaamade startimisel mängib olulist rolli nn teise põgenemiskiiruse arvutamine, mis võimaldab satelliidil Maa orbiidilt lahkuda.) Kui satelliit liigub liiga aeglaselt, võidab gravitatsioon võitluses inertsi vastu ja satelliit saab hakkama. kukkuda Maa peale. Täpselt nii juhtus 1979. aastal, kui Ameerika orbitaaljaam Skylab hakkas maakera atmosfääri ülemiste kihtide takistuse suurenemise tagajärjel alla minema. Gravitatsiooni raudsesse haardesse sattunud jaam langes peagi Maale.

Kiirus ja vahemaa

Kuna Maa gravitatsioon vahemaa kasvades nõrgeneb, muutub satelliidi orbiidil hoidmiseks vajalik kiirus sõltuvalt kõrgusest. Insenerid saavad arvutada, kui kiiresti ja kui kõrgel peaks satelliit tiirlema. Näiteks geostatsionaarne satelliit, mis asub alati maapinna sama punkti kohal, peab 24 tunni jooksul (mis vastab Maa ühe pöörde ajale ümber oma telje) 357 kilomeetri kõrgusel ühe orbiidi tegema.

Gravitatsioon ja inerts

Satelliidi tasakaalustamist gravitatsiooni ja inertsi vahel saab simuleerida, pöörates selle külge kinnitatud köiel raskust. Koorma inerts kipub seda pöörlemiskeskmest eemale nihutama, samas kui raskusjõuna toimiv trossi pinge hoiab koormat ringikujulisel orbiidil. Kui köis läbi lõigata, lendab koorem mööda sirget rada, mis on risti selle orbiidi raadiusega.

ISS-i mõõtmed on Maa pinnalt palja silmaga vaatlemiseks piisavad. Jaama vaadeldakse väga heleda tähena, mis lendab kiiresti üle taeva läänest itta (nurkkiirus umbes 4 kraadi minutis). Siiski ei saa te seda jälgida kõikjal ja mitte alati, isegi kui teete seda pimedas. Kuna Rahvusvahelise Kosmosejaama orbiit on pidevas muutumises (seda mõjutavaid tegureid käsitleme alljärgnevalt), siis selleks, et selgitada kohti Maal, kus ISS-i teatud ajahetkel on võimalik jälgida, on vaja jälgida seda veebisait või veebisait Roskosmos. Ja see on põhjus, miks need muutused vaatlusaladel toimuvad...

Esiteks võib ISS olla 280–460 kilomeetri kõrgusel. Isegi nii kõrgel orbiidil kogeb see pidevalt Maa atmosfääri ülemiste, väga haruldaste kihtide pidurdavat mõju. Jah, jah, ja lähikosmoses on õhuosakesi! Iga päev kaotab ISS oma kiirusest umbes 5 cm/s ja kõrgust umbes 100 meetrit. Seetõttu on vaja jaama perioodiliselt tõsta, põletades kosmoseveokite Progress ja muude sissetulevate laevade kütust. Miks ei võiks nende kulude vältimiseks jaama kohe kõrgemale tõsta?

Fakt on see, et projekteerimisel eeldatud ulatus ja orbiidi praegune tegelik asukoht on määratud mitmel põhjusel.

Esiteks: iga päev saavad meie kosmonaudid, aga ka teiste riikide astronaudid (USA, Euroopa, Kanada, Jaapan jne) sellel orbiidil üsna suuri kiirgusdoose. Kuid üle 500 km märgi tõuseb selle tase järsult ja see saab lihtsalt saatuslikuks

Muide, just nii suri Nõukogude Beljajevi ja Leonovi meeskond 1965. aastal, kui vastupidiselt arvutustele visati nende kosmoselaev Voshhod-2 495 kilomeetri kaugusele orbiidile, nii et NSVL oleks Leonovi kangelasliku asemel saanud kaks surnud kosmonauti. kosmosekäik.

Astronautide kuuekuulise viibimise piirmääraks on seatud vaid 1/2 sievert, samas kui kogu kosmosekarjääri jooksul on lubatud ainult siivert (iga kiirgusega kokkupuude suurendab vähiriski 5,5 protsenti).

Maal kaitseb inimesi surmavate kosmiliste kiirte eest meie planeedi magnetosfääri ja selle atmosfääri kiirgusvöö, kuid lähikosmoses on kaitse palju nõrgem. Mõnes orbiidi osas (näiteks Lõuna-Atlandi anomaalia on selline suurenenud kiirguse koht) võivad mõnikord ilmneda kummalised efektid: suletud silmadega inimesel tekivad sähvatused. Arvatakse, et kosmilised osakesed läbivad silmamuna. See ei saa mitte ainult und segada, vaid tuletab meile taas ebameeldivalt meelde ISSi kõrget kiirgustaset.

Lisaks on Vene laevadel Sojuz ja Progress, mis on praegu peamised meeskonnavahetus- ja varuselaevad, sertifitseeritud sõitma kuni 460 km kõrgusel. Mida kõrgem on ISS, seda vähem saab kaupa kohale toimetada. Kuid teisest küljest, mida madalamal ISS "ripub", seda rohkem see aeglustub, see tähendab, et suurem osa tarnitud lastist peab olema kütus järgnevaks orbiidi korrigeerimiseks.

Pluss (õigemini miinus) - varem ei paigutatud ISS-i isegi 390–400 km kõrgusele, kuna Ameerika süstikud ei saanud sellisele orbiidile tõusta. Seetõttu hoiti jaama 330–350 km kõrgusel mootorite sagedasemate perioodiliste korrektsioonide abil. Seoses süstikuprogrammi lõppemisega 2014. aastal see piirang lõpuks tühistati.

Teaduslikke ülesandeid saab seega kõige ideaalsemalt täita 400–460 kilomeetri kõrgusel. Seetõttu on ISS-i keskmine orbiidi kõrgus praegu ligikaudu 420 km. Loomulikult, mida suurem on kõrgus merepinnast, seda suurem osa Maast saab jaama samaaegselt jälgida. Tõsi, sel juhul langeb ka selle näiline suurusjärk!

Lõpuks mõjutab jaama asukohta ka kosmosepraht: ebaõnnestunud raketid, satelliidid ja nende praht, millel on ISS-i suhtes tohutu kiirus, mis muudab kokkupõrke nendega hävitavaks.

ISS-i saavad kiirendada jaama tagaosas asuvad kosmoselaevad: need on Progressi veoautod (enamasti) ja ATV-d (harvemini) ning vajadusel Zvezda teenindusmoodul ja Cygnus (üliharva). Jaama tõstetakse sageli ja veidi: korrigeerimine toimub umbes kord kuus väikeste portsjonitena (umbes 900 sekundit mootori töös) ja tõus ise võib ulatuda näiteks 100-200 meetrini.

Mõningaid orbiidi parameetreid ei dikteeri mitte ainult tehnilised omadused, vaid ka poliitiline tegelikkus. Maa pealt startides võib kosmoselaevale anda mis tahes orientatsiooni, kuid kõige ökonoomsem oleks kasutada Maa pöörlemisest tulenevat kiirust. Seega on odavam sõiduk laiuskraadiga võrdse kaldega orbiidile saata. Igasugused manöövrid ja teisele kaldele üleminek nõuavad täiendavat kütusekulu: rohkem ekvaatori poole liikumisel, vähem pooluste poole liikumisel. ISS-i 51,6-kraadine orbiidi kalle võib tunduda kummaline: Canaverali neemelt startinud NASA sõidukitel on traditsiooniliselt umbes 28-kraadine kalle. Seda seetõttu, et kui üheksakümnendate lõpus arutati tulevase ISS-i jaama asukohta, otsustati võtta kasutusele Venemaa orbiidi parameetrid. Kui aga Baikonuri kosmodroom asub umbes 46 kraadisel laiuskraadil, siis miks on siis tavaline, et Venemaa kaatrite kalle on 51,6°?! Asi on siin ainult selles, et idas on naabrid (Mongoolia ja Hiina), kes muidugi ei rõõmusta, kui neile kosmosest midagi peale hakkab kukkuma. Ja tavaliste rakettide käivitamisel juhtuks see kogu aeg...

ISS-i jaama vaatamine üle meie taeva heleda tähena lendab alati rõõmu ja rõõmu. Lõppude lõpuks on see tänapäeval inimkonna peamine kosmiline saavutus, mis on edukalt tegutsenud üle 20 aasta. Uskugem, et rahvusvaheline kosmosejaam annab oma olemasolust suurima võimaliku positiivse saldo. Ja muidugi, las ühel päeval, kui selle moodustavate sõlmede ressurss on täielikult ammendatud, asendatakse praegune ISS uue sarnase, veelgi arenenuma rahvusvahelise koostöö projektiga. Kosmost saab ju uurida ainult kõigi Maa riikide ja inimeste jõupingutustega!

Aleksei Korolev, kosmonautika ajaloolane

LISATEAVE ISS-i KOHTA saate ka meie grupis