Đường hầm không gian và sắt trên đầu hay tại sao chúng ta cần vũ trụ Vostochny

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Một ngày nọ, tôi được yêu cầu tham khảo đồ họa thông tin của RIA Novosti, dành riêng cho lần phóng đầu tiên từ vũ trụ Vostochny. Và sẽ có một sự đơn giản hóa lớn do những hạn chế về định dạng của tài liệu. Trên thực tế, chúng ta không cần đến sân bay vũ trụ Vostochny vì phần lớn các vụ phóng dân sự diễn ra từ sân bay vũ trụ Baikonur.

Nhưng để giải thích lý do tại sao chúng ta cần nó, chúng ta sẽ phải cho biết tại sao quỹ đạo của tàu vũ trụ có thể được so sánh với một đường hầm, và cũng giải thích loại "sắt" nào rơi từ trên trời xuống, và nó rơi xuống ai.

Đường hầm trên bầu trời

Vật lý của chuyển động quỹ đạo là hoàn toàn phản trực giác. Đúng hơn, nó đối lập với những gì một người bình thường tưởng tượng. Và ngay cả những bộ phim hay, dường như đang phấn đấu cho chủ nghĩa hiện thực, cũng đưa ra một ý tưởng hoàn toàn sai lầm về cách thức các vệ tinh và tàu vũ trụ bay. Bạn có nhớ "Gravity", đã bay từ Hubble đến ISS, và sau đó đến trạm Trung Quốc nổi tiếng không? Ngay cả khi chúng ta loại bỏ sự khác biệt về độ cao quỹ đạo, một tham số của chuyển động quỹ đạo sẽ giết chết ngay cả cơ hội nhỏ nhất của các chuyến bay như vậy. Tham số này được gọi là "độ nghiêng quỹ đạo".

Quỹ đạo nghiênglà góc giữa mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh và mặt phẳng của đường xích đạo (đối với vệ tinh Trái đất)

Ví dụ, đối với trường hợp "Gravity", bức tranh sẽ như thế này:

Và thực tế là mặt phẳng của các quỹ đạo hoàn toàn không trùng nhau không phải là vấn đề. Rắc rối thực sự là đối với quỹ đạo tròn thấp (và Hubble, ISS, Tiangong và khối lượng của các vệ tinh khác là quỹ đạo tròn thấp), việc thay đổi độ nghiêng là rất tốn kém. Để "xoay" quỹ đạo một góc 45 °, chúng ta sẽ phải thay đổi tốc độ khoảng 8 km / s, tương đương với tốc độ cần thiết để đi vào quỹ đạo. Và thay đổi tốc độ rất lãng phí nhiên liệu và thiết lập lại các công đoạn. Tức là, nếu một tên lửa có khối lượng 300 tấn đưa 7 tấn vào quỹ đạo, thì sau khi thay đổi độ nghiêng 45 °, chỉ còn lại 150 kg. Trên thực tế, mỗi tàu quỹ đạo bay bên trong một đường hầm vô hình, đường kính của nó phụ thuộc vào khả năng thay đổi tốc độ của nó. Vì vậy, khi phóng vệ tinh, họ cố gắng đưa ngay chúng về độ nghiêng mong muốn.

Những con đường bị đánh đập

Độ nghiêng nào được sử dụng cho các quỹ đạo hiện có? Hiện nay có rất nhiều vệ tinh trên quỹ đạo Trái đất:

Nếu bạn quan sát kỹ, bạn có thể thấy rằng có nhiều vệ tinh hơn trong một số quỹ đạo. Dưới đây là hình ảnh cho thấy sự chuyển động của vệ tinh so với Trái đất:

Quỹ đạo địa tĩnh (màu xanh lá). Nó là một quỹ đạo tròn với độ cao 36.000 km và độ nghiêng là 0 °. Vệ tinh trên đó nằm trên một điểm trên bề mặt trái đất, do đó, trong hình, quỹ đạo địa tĩnh chính xác được biểu thị bằng một chấm màu xanh lục. Vòng màu xanh lá cây là vệ tinh bị lỗi hoặc hết nhiên liệu. Quỹ đạo địa tĩnh chịu ảnh hưởng đáng lo ngại của mặt trăng, và bạn cần phải tiêu tốn nhiên liệu chỉ để giữ nguyên vị trí. Quỹ đạo này là nơi sinh sống của các vệ tinh viễn thông, những vệ tinh mang lại lợi nhuận, vì vậy rất khó để tìm thấy những vị trí trống trên đó.

Quỹ đạo GLONAS / GPS (màu xanh nước biển và màu đỏ). Những quỹ đạo này có độ cao khoảng 20.000 km và độ nghiêng khoảng 60 °. Như tên của nó, chúng mang theo các vệ tinh dẫn đường.

Quỹ đạo cực (màu vàng). Các quỹ đạo này nghiêng trong vùng 90 ° và độ cao thường không quá 1000 km. Trong trường hợp này, vệ tinh sẽ bay qua các cực sau mỗi vòng quay và sẽ nhìn thấy toàn bộ lãnh thổ của Trái đất. Một phân loài riêng biệt của các quỹ đạo như vậy là quỹ đạo đồng bộ mặt trời với độ cao 600-800 km và độ nghiêng 98 °, trong đó các vệ tinh bay qua các phần khác nhau của Trái đất vào khoảng cùng giờ địa phương. Những quỹ đạo này là nhu cầu cho các vệ tinh khí tượng, bản đồ và do thám.

Ngoài ra, quỹ đạo ISS với độ cao 450 km và độ nghiêng 51,6 ° cũng cần được lưu ý.

Địa lý nhẫn tâm

Chà, chúng tôi đã tìm ra tâm trạng, người đọc sẽ nói. Và vũ trụ ở đâu? Thực tế là có một quy luật vật lý khó chịu như vậy:

Độ nghiêng ban đầu của quỹ đạo không được nhỏ hơn vĩ độ của vũ trụ

Tại sao vậy? Mọi thứ trở nên rõ ràng hơn nếu chúng ta vẽ quỹ đạo của vệ tinh trên bản đồ Trái đất:

Nếu chúng ta, bắt đầu từ Baikonur, bắt đầu tăng tốc về phía đông, thì chúng ta sẽ nhận được một quỹ đạo có độ nghiêng là vĩ độ Baikonur, 45 ° (màu đỏ). Nếu chúng ta bắt đầu tăng tốc về phía đông bắc, thì điểm cực bắc của quỹ đạo sẽ ở phía bắc Baikonur, tức là độ nghiêng sẽ lớn hơn (màu vàng). Nếu chúng ta cố gắng gian lận và bắt đầu tăng tốc về phía đông nam, thì quỹ đạo kết quả sẽ vẫn có điểm cực bắc phía bắc Baikonur và một lần nữa, độ nghiêng lớn hơn (màu xanh lam).

Nhưng một quỹ đạo như vậy là không thể về mặt vật lý, bởi vì nó không đi qua khối tâm của Trái đất. Chính xác hơn là không thể bay khi động cơ đã tắt. Bạn có thể ở trong quỹ đạo như vậy trong một thời gian với động cơ đang hoạt động, nhưng nhiên liệu sẽ hết rất nhanh.

Vì vậy, nếu chúng ta muốn phóng vệ tinh vào quỹ đạo địa tĩnh không phải từ đường xích đạo, chúng ta cần phải bằng cách nào đó thiết lập lại độ nghiêng của quỹ đạo, tiêu tốn nhiên liệu. Chính những chi phí này đã giải thích tại sao cùng một tên lửa Soyuz-2.1a phóng thành công vệ tinh vào quỹ đạo địa tĩnh từ vũ trụ Kuru gần xích đạo, nhưng không được sử dụng cho các nhiệm vụ này từ Baikonur.

Nga là một quốc gia phía bắc. Và nếu vệ tinh có thể được phóng một cách an toàn vào quỹ đạo địa cực và GLONASS từ Plesetsk, nằm ở vĩ độ 63 °, thì đối với quỹ đạo địa tĩnh, vũ trụ càng nằm về phía nam càng tốt. Và ở đây, vấn đề thứ hai bắt đầu có hiệu lực - không phải mọi lãnh thổ đều thích hợp cho một vũ trụ.

Bước lên kumpol

Tất cả các tên lửa hiện đại, khi phóng vệ tinh, rơi các giai đoạn đã trải qua và các lỗ dò mũi rơi xuống Trái đất. Nếu địa điểm gặp sự cố ở một quốc gia khác, bạn phải thương lượng với quốc gia đó cho mỗi lần khởi chạy. Vì vậy, ví dụ, độ nghiêng tối thiểu của vũ trụ Baikonur không phải là 45 °, mà là 51 °, bởi vì nếu không giai đoạn thứ hai sẽ rơi vào Trung Quốc:

Và tại nơi ngã ngũ đầu tiên, bạn phải đàm phán với Kazakhstan và trả tiền sử dụng các khu vực này. Đôi khi các vấn đề phát sinh và việc phóng vệ tinh bị trì hoãn. Các khu vực của mùa thu phải bị xa lánh khá lớn:

Và ở phần châu Âu của Nga, không có nơi nào tốt cho một vũ trụ. Tôi đã chơi với các bản đồ, ở Kavkaz, bạn có thể né tránh và cố gắng phóng từ vùng Mozdok, nhưng ngay cả khi đó bạn sẽ phải cố gắng để chặng thứ hai không rơi vào tay Kazakhstan. Nếu bạn phóng tên lửa từ Crimea, chặng đầu tiên sẽ rơi vào khu vực đông dân cư gần Rostov-on-Don, và chặng thứ hai sẽ lại cố gắng rơi vào Kazakhstan. Và đó là chưa tính đến các vấn đề cơ sở hạ tầng trong cả hai phương án. Trong bối cảnh đó, bạn sẽ nhìn vào khuynh hướng sẵn có của các ngành thể thao vũ trụ Hoa Kỳ và lấy làm tiếc về sự vô tâm của vật lý và địa lý.

Nhưng chúng tôi cũng có một bờ biển phía đông. Và, nếu chúng ta đặt vũ trụ ở đó, thì sẽ có thể tìm thấy các khu vực hẻo lánh cho sự sụp đổ của các giai đoạn đã dành cho các độ nghiêng được yêu cầu nhiều nhất: 51, 6 ° (tới ISS và quỹ đạo địa tĩnh), 64, 8 ° (GLONASS, một số vệ tinh cảm nhận Trái đất), 98 ° (vào quỹ đạo địa cực).

Một lần nữa luận án

Sân bay vũ trụ Vostochny sẽ cho phép chúng tôi phóng các tải trọng lên quỹ đạo địa tĩnh và lên ISS mà không cần phối hợp các vụ phóng này với các quốc gia khác và trả tiền cho họ để sử dụng các khu vực loại trừ. Nó nằm ở phía nam của đất nước và có độ nghiêng quỹ đạo ban đầu không tệ hơn Baikonur. Việc xây dựng một tổ hợp phóng cho phương tiện phóng Angara mới tại Baikonur là không hợp lý (một lần nữa, phối hợp giữa các vụ phóng và khu vực va chạm), nhưng từ Vostochny, nó sẽ cung cấp không ít trọng tải.

Điều hay ho: tổ hợp phóng mới với tháp dịch vụ, giống như ở Kourou, sẽ cho phép phóng các tải trọng phía tây, phải được lắp trên xe phóng ở tư thế thẳng đứng.

Phần thưởng cũng là sự phát triển của cơ sở hạ tầng, động lực thúc đẩy sự phát triển của lãnh thổ, thành phố khoa học, v.v.

CẬP NHẬT: ra infographic. Thật tiếc, chúng tôi không có thời gian để vẽ lại vị trí của các vệ tinh. Vẫn rất ngắn gọn, chúng tôi đã cố gắng giải thích những gì được viết ở đây. Theo ý kiến của tôi, nó đã bật ra một cách tuyệt vời.