На какой высоте летают космические корабли и спутники: На какой высоте летают самолеты, спутники и космические корабли? – My-Ship.Space

Какая высота орбит спутников и космических кораблей (3 фото) » 24Gadget.Ru :: Гаджеты и технологии

• Китайцы научились устанавливать лоток для сим карт в iPhone 14 без сим карты

  Китайские энтузиасты разобрали iPhone 14, привезённый из США, и обнаружили, что вместо лотка SIM-карты в новых бессимсочных iPhone 14 для США установлена пластиковая заглушка. Решено было провести эксперимент по «вживлению» слота для сим-карт.

  Читать дальше

• Яркие фотопортреты и стильный дизайн: vivo представляет V25 Серию в России (3 фото)

  Vivo объявляет о выходе новой V25 Серии на российский рынок, представляя новинки V25 Pro с 120 Гц изогнутым 3D-экраном, V25 и V25e с 64 Мп ультрачувствительной камерой и гибридной стабилизацией. Стильные смартфоны с быстрой зарядкой FlashCharge, 8 ГБ виртуальным расширением памяти и корпусом из фотохромного стекла доступны в различных цв. ..

  Читать дальше

• iPhone и Android научились взламывать через мессенджер WhatsApp

  Разработчики WhatsApp признались в обнаружении серьёзной уязвимости в коде приложения. Оказалось, что в последних версиях WhatsApp хакеры могли взломать мессенджер посредством получения пользователем видеозвонка, при этом просмотр видеоролика тоже грозит взломом, потому что хакеры начали в видео «вшивать» вирусы.

  Читать дальше

• Взломать Госуслуги и заработать денег

  Многие IT-корпорации имеют специальную программу, в рамках которой всем желающим предлагается найти уязвимость в их продуктах. Тем, кто добьётся этой цели, выплачивается щедрое вознаграждение взамен подробного описания обнаруженной проблемы.

  Читать дальше

• Виртуальный планетарий Stellarium наконец-то доступен всем желающим

  Впервые за 20 лет с момента запуска разработки виртуального планетария Stellarium состоялся его релиз для компьютеров под управлением Windows, macOS, Linux. Кроме того, разработчики выпустили мобильные версии Stellarium, также открыта веб-версия планетария.

  Читать дальше

Вконтакте
Одноклассники

Эпоха космических полетов началась с запуска советского спутника в 1957 году. За прошедшие с тех пор 63 года человечество значительно продвинулось в освоении ближнего и исследовании дальнего космоса. Дополнительный импульс развитию космонавтики дал выход на рынок частных компаний, позволивший американцам возобновить пилотируемые полеты в космос. Современные космические аппараты используются не только для фундаментальных исследований, но и поддерживают систему связи, транслируют интернет и ТВ сигнал, поставляют данные для глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Beidou), прогнозируют погоду и выполняют множество других функций.

В зависимости от возложенной задачи искусственные спутники запускаются на различные по высоте орбиты. Среди наиболее распространенных космических аппаратов задействованных на орбите Земли можно выделить космические станции, космические корабли, астрономические обсерватории, исследовательские лаборатории и другие.

Для решения задачи обеспечения связи и добычи научных данных используются многочисленные непилотируемые спутники, летающие в автономном режиме, не требующем экипажей и дополнительного техобслуживания. Среди таких спутников выделяют научно-исследовательские, несущие исследовательское оборудование и космические телескопы, и прикладные космические аппараты, главная задача которых решение практических задач обеспечения связи, испытания оборудования.

Автономные искусственные спутники не требуют использования топлива, а их полет контролируется из центра управления, размещающегося на Земле. Для решения конкретной задачи спутники снаряжаются определенным оборудованием и системой связи, что и обуславливает их размеры. Масса спутников может составлять от 20 кг до нескольких тонн. Так первый искусственный советский аппарат под кодовым названием «Простейший Спутник-1» был снабжен только системой удаленной радиопередачи и имел массу 28 кг.

Для выведения спутников на орбиту используются многоступенчатые ракеты, доставляющие аппараты за пределы земной атмосферы и задающих необходимую траекторию движения. В дальнейшем спутники движутся за счет земного притяжения, а для коррекции орбиты используются маневровые двигатели, что позволяет избегать взаимного столкновения, а также столкновения с космическим мусором.

При движении искусственных спутников используется несколько орбит, которые определяются в зависимости от предназначения космического аппарата.

Низкая, околоземная орбита, высота которой составляет от 300 до 500 км над уровнем моря, была популярна на заре космонавтики, а в настоящее время применяется для спутников выполняющих задачи дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы.
Полярная орбита располагается в плоскости полюсов Земли. Угол наклона орбиты к плоскости экватора Земли близок к 90 градусам. Учитывая, что Земля имеет сплюснутую у полюсов форму, для этих спутников устанавливают различные скорости вращения, позволяющие проходить аппарату через заданную широту в одно и то же время.

Геостационарная орбита имеет высоту более 35 тысяч км, располагается в экваториальной плоскости и имеет всего две устойчивые точки, а на протяжении остального пути траектория поддерживается искусственно.

Сильноэллиптическая орбита, представляет собой по форме эллипс, что обусловливает различную высоту, которая зависит от траектории. Учитывая большой размер, позволяет иметь несколько спутников над одной территорией, которые предназначены в основном для предоставления телекоммуникационных услуг. На этих орбитах также находятся космические обсерватории, изучающие далекий космос.
Круглая орбита обеспечивает расположение спутников на постоянной высоте над поверхностью Земли.

Для выполнения различных задач используются конкретные орбиты. Наиболее значимой для научных и прикладных спутников является геостационарная орбита. В связи с этим, отработавшие свой срок спутники удаляются с этих орбит.

При решении задач глобального позиционирования применяют круглые орбиты, имеющие постоянную, заданную высоту, что в свою очередь обеспечивает оптимальные условия для трансляции сигнала. В системе GPS спутники находятся на высоте около 20 тысяч км, а скорость вращения обеспечивает каждому спутнику два оборота в сутки вокруг Земли. Для постоянной трансляции данных в одной плоскости задействовано 4 спутника.

Еще один класс космических аппаратов — это пилотируемые космические корабли и станции, главным отличием которых от спутников является необходимость создания условий для поддержания жизнедеятельности экипажа и обеспечения возможности возвращения космонавтов на Землю. В результате управляемые корабли получают значительно более низкую орбиту, чем большинство искусственных спутников. В задачу управляемых космических аппаратов входит осуществление научных и прикладных исследований, изучение дальнего космоса и наблюдение за небесными телами. Также постоянно изучается влияние на человеческий организм длительного пребывания в состоянии невесомости, что необходимо для будущих длительных полетов на другие планеты.

Первый в истории человечества управляемый космический аппарат «Восток 1» с Юрием Гагариным на борту, был запущен в апреле 1961 года с первой космической скоростью. Перигей (нижняя точка орбиты) корабля Гагарина составлял 175 км, а апогей (наиболее удаленная точка от поверхности Земли) составил 320 км.

В настоящее время в связи с активным освоением ближнего космоса на орбите Земли скопилось огромное количество мусора, что и является одной из причин повышения перигея пилотируемых полетов до 400 км. Также это обусловлено снижением влияния атмосферы Земли на космические аппараты при увеличении высоты орбиты.

интересное космос спутник спутниковый интернет спутниковое телевидение GPS навигация

В Вашем браузере отключен JavaScript. Для корректной работы сайта настоятельно рекомендуется его включить.

Высота полета спутников и космических кораблей над землей

27 февраля 2018, Максим Ситников,

11

Первый искусственный спутник Земли был запущен в 1957 году. С тех пор человечество сделало огромный технологический прорыв. На данный момент на околоземной орбите находится несколько десятков тысяч спутников. Они обеспечивают жителей планеты сотовой связью, интернетом, GPS-данными, телевидением, принимают активное участие в научно-исследовательской работе. Также они используются для военных целей. В зависимости от целевого назначения выбирается, на какой высоте летают спутники. Все это значительно облегчило жизнь, позволило поднять уровень связи. Наибольший вклад они внесли в науку – изучение строение атмосферы Земли, погодных изменений, космоса, небесных тел.

Какие виды спутников встречаются на орбите?

К искусственным спутникам Земли относятся все тела, которые были выведены на орбиту при помощи ракеты носителя. Сюда можно отнести шаттлы, космические станции, исследовательские лаборатории, автономные аппараты. Именно непилотируемые спутники являются главными поставщиками связи и научных данных. Такие аппараты не требуют наличия экипажа, обслуживания, специальных отсеков для обеспечения жизнедеятельности. Классифицируются искусственные спутники Земли по своему прямому назначению:

• Научно-исследовательские. Применяются в целях изучения строения атмосферы, космоса. Могут нести на своем борту телескоп для изучения удаленных планет;
• Прикладные. Предназначены для удовлетворения нужд населения, испытания оборудования, систем связи.

Спутники выполняют свои функции автономно, не используют топливо. Мониторинг состояния и необходимое маневрирование выполняется из командных центров на Земле. В зависимости от своего назначения, спутники снабжаются необходимым оборудованием и системой связи.

Объем аппарата напрямую зависит от его функциональности и назначения. Встречаются спутники с массой от 20 кг до нескольких сотен тонн. Первый аппарат, запущенный СССР весил всего 28 килограмм и нес на борту только систему радиопередачи.

На какой высоте летают спутники?

Выведение на орбиту спутника осуществляется при помощи многоступенчатой ракеты. Принцип действия прост – аппарат выталкивается из атмосферы с такой силой, которой хватит для задания траектории полета. Движется вокруг планеты он за счет силы притяжения. Комплектацией предусмотрена установка маневровых двигателей для корректировки траектории. Они позволяют избегать столкновения с космическим мусором, другими спутниками.

Движение осуществляется на заданной орбите. Удаленность от планеты зависит от назначения аппарата, заданной траектории. Используется несколько видов орбит:

• Околоземная или низкая. Обеспечивает наиболее приближенное расположение. Высота составляет 300-500 км над уровнем моря. Использовалась для работы первых космических аппаратов, сейчас там находятся аппараты для дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы;
• Полярная. Расположена в плоскости полярных полюсов Земли. Угол наклона близок к 90 градусам. Из-за сплюснутости планеты, можно добиться различной скорости вращения, которая позволит проходить спутнику одну и ту же широту в одинаковое время;
• Геостационарная. Высота на ней составляет от 35 000 км, расположена в плоскости экватора. Устойчивых точек всего две, на остальном пути необходимо поддерживать траекторию искусственно;
• Сильноэллиптическая. Контур орбиты представляет собой эллипс. Высота меняется в зависимости от точки траектории. Благодаря большому размеру, позволяет поддерживать необходимое количество спутников одновременно над одной страной. Используется преимущественно в телекоммуникационных целях. Также здесь работают аппараты с телескопами для изучения отдаленных объектов;
• Круглая. Сечение орбиты представляет собой круг. Показатель высоты близок к постоянному в любой момент времени.

Высота полета спутников над Землей задается на основании их целевого назначения и выбранной орбиты. Геостационарная орбита является наиболее важной и дорогой. Поэтому аппараты, выработавшие свой ресурс, удаляются с нее. Используется в основном в научных целях.

Для систем глобального позиционирования используются круглые орбиты с постоянной высотой. Такая траектория является оптимальной для передачи сигнала. Высота орбиты спутников GPS составляет 20 тысяч километров. Один аппарат за сутки совершает два витка вокруг планеты. Скорость позволяет использовать 4 спутника в одной плоскости для обеспечения постоянной передачи данных.

На какой высоте летают космические корабли?

Главное отличие пилотируемых аппаратов – необходимость поддержание жизнедеятельности и возвращения экипажа. Поэтому высота полета кораблей значительно ниже. Пилотируемые станции используются для проведения научных исследований, изучения влияния невесомости, открытого космоса, наблюдения за космическими телами.

Первый пилотируемый космический корабль был запущен в 1961 году. Движение осуществлялось по эллиптической орбите. Перигей составлял 175 км, а апогей – 320 км над уровнем моря. За прошедшие полвека исследований высота значительно увеличилась из-за присутствия большого количества космического мусора на околоземной орбите. На данный момент используется орбита с перигеем в 400 км. Обусловлено это также и отсутствием влияния атмосферы на траекторию движения.

Понравился пост? Есть что сказать? Присоединяйтесь:

Поделиться
Вконтакте

спутники

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Добавить комментарий

Добавить комментарий

На какой высоте летают спутники

Время чтения 3 мин. Просмотры 1.5k.Опубликовано 26.12.2020

Быстрый ответ:

Для исследования поверхности планеты и атмосферного слоя, спутники запускаются на высоту не более 500 км. Это околоземная орбита, именно в ней летали первые спутниковые аппараты. А в области полярных полюсов планеты, с уклоном в 90 градусов располагается полярная орбита.

Одна из важных орбит – это плоскость экватора. Минимальный высота для полета спутников на геостационарной орбите – 35000 км.

С момента запуска первого спутника прошло более 60 лет. С тех пор, научные и исследовательские технологии продвинулись далеко вперед. И теперь, с помощью подобных летательных аппаратов, планета обеспечивается различными сетями, а также связью и телевидением.

С помощью спутников проводят научные испытания и исследования, и выполняют военные задачи. От того, какие функции заложены в определенный аппарат, зависит и то, на какую высоту он запускается.

Быстрая навигация по странице

1. Виды современных спутников
2. Спутники можно классифицировать по их прямому назначению
3. Высота полета спутников
4. Полезная информация

Виды современных спутников

Спутник – это искусственно созданное тело, которое было выведено на орбиту планеты с помощью ракеты-носителя. Различают несколько видов подобных летательных аппаратов:

• Шаттлы узкой направленности;
• Спутники-лаборатории, которые проводят научные исследования;
• Станции связи;
• Автономные спутники.

Использование спутников позволяет проводить научные и исследовательские изыскания, без привлечения человеческих резервов. Они работают автономно, вне зависимости от наличия команды людей. Программное оборудование на таких аппаратах постоянно обновляется, проводится техническое обслуживание, при этом, не требуется финансовых вложений на выполнение ежедневных человеческих потребностей.

Спутники можно классифицировать по их прямому назначению

• Для исследования атмосферных слоев планеты, космического пространства и космических тел используются научно-исследовательские спутники;
• Для удовлетворения человеческих потребностей, обеспечения сети интернет и бесперебойной связи используются прикладные спутники.

Для выполнения определенных задач могут использоваться автоматические спутники. Объем, которых варьируется от 20 кг до нескольких тонн. Первый запущенный спутник был весом около 30 кг.

Высота полета спутников

Различают несколько видов орбит. Их используют при запуске спутников, в зависимости от назначения и задачи летательного аппарата. Высота полета зависит от этих главных критериев.

Для исследования поверхности планеты и атмосферного слоя, спутники запускаются на высоту не более 500 км. Это околоземная орбита, именно в ней летали первые спутниковые аппараты. А в области полярных полюсов планеты, с уклоном в 90 градусов располагается полярная орбита.

Одна из важных орбит – это плоскость экватора. Минимальный высота для полета спутников на геостационарной орбите – 35000 км. Исследования на этой линии считаются самыми дорогостоящими.

Орбита с эллипс контуром позволяет запускать спутники на разную высоту. Все зависит от конкретной задачи каждого вида спутника. В основном, на эту орбиту запускают аппараты большого размера, которые исследуют поверхность и атмосферу Земли и обеспечивают бесперебойный поток информации.

Для глобального позиционирования используется круглая орбита. Высота запуска на ней стационарна, и не зависит от внешних факторов. Таким образом, чтобы определить высоту полета спутника, необходимо знать поставленные перед аппаратом задачи.

• Самая распространенная орбита – это эллипс. На ней запускаются разные по размеру и назначению спутники. Высота полета также может быть разной. Все зависит от расположения аппарата по отношению к планете.
• Самая низкая орбита эллиптической формы находится на расстоянии 200 км над уровнем моря. Но за все время изучения космического пространства там скопилось большое количество инородных предметов. Поэтому современные спутники поднимаются выше этой отметки.
• Высота полета МКС – 417 км. Это позволяет станции выполнять поставленные задачи и проводить научные изыскания. Остальные космические спутники могут подниматься на разную высоту, в зависимости от общей массы летательного аппарата, вида запуска и мощности.
• Первый полет в космос человеком был совершен на высоту в 175 км, американские корабли преодолевали отметку в 500 км. Автономные спутники, которые не нуждаются в управлении человеческой командой, взлетают на еще большее расстояние.

Нажми поделиться и оставь комментарий:

интересное развиваемся факты

reentry — На какой высоте замедляется космический корабль?

Спросил
3 года, 5 месяцев назад

Изменено
2 года, 5 месяцев назад

Просмотрено
431 раз

$\begingroup$

Насколько я понимаю, на 100 км атмосфера есть, хотя и очень слабая. Может ли кто-нибудь приблизительно оценить скорость сферы на высоте 50 км после входа в атмосферу с высокой орбиты? Это может звучать как странный вопрос, но я пытаюсь вычислить коэффициент и нуждаюсь в приближении скорости, которое было бы реалистичным. Ответа типа «гиперзвуковой» будет достаточно при минимальном реалистичном значении (учебная догадка). Я удовлетворяю свое любопытство приблизиться к возможности чего-то совершенно сумасшедшего.

• повторный вход

$\endgroup$

3

$\begingroup$

tl;dr: На высоте 50 км, около 8-10 Маха с НОО и около 15 Маха, возвращаясь с Луны (примерно с той же скоростью, что и с высокой околоземной орбиты). Ваш пробег будет варьироваться в зависимости от множества аэродинамических деталей!

См. вопрос Как Reentry Breakup Recorder выдерживает повторный вход в атмосферу, а затем передает свои данные перед ударом? для первого изображения реального космического корабля, а затем отличный ответ @Uwe для более подробной информации о космическом корабле.

Данные, показанные ниже, см. в презентации 2013 г. Эндрю С. Фейстеля, Майкла А. Уивера и Уильяма Х. Эйлора из отдела транспортных систем Аэрокосмической корпорации: сравнение измерений разрыва при входе в атмосферу для трех атмосферных входов в атмосферу 6-я конференция IAASS: «Безопасность — это не вариант», май 2013 г. /en.wikipedia.org/wiki/File:ISS-28_Ron_Garan_prepares_the_Reentry_Breakup_Recorder.jpg

ниже: Со страницы 10 Сравнение измерений разрыва при входе в атмосферу для трех атмосферных входов

Из Технической заметки НАСА TN D-6792: Аэродинамическая среда командного модуля Аполлона во время сверхорбитального входа Дороти Б. Ли и Уинстон Д. Гудрич (1972) один из показанных примеров дает около 16 000 футов/сек или около 4850 м/с или махов или около 15 при повторном входе в атмосферу из окололоктевого пространства или «сверхорбитальную» скорость.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Атмосферные эффекты при входе в атмосферу обычно начинаются на высоте около 120 км.

Атмосфера простирается далеко за пределы 100 км. Даже на 400 км МКС постоянно тормозит, что требует периодической перезагрузки.

Экзосфера снова простирается намного дальше, до 10 000 км, где она сливается с солнечным ветром. Экзосфера также будет замедлять космический корабль, но это количество становится значительным только в более длительных временных масштабах.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Экзосфера

$\endgroup$

3

$\begingroup$

На это нет ответа. По крайней мере, не точно. Компромиссы следующие:

• Замедление выше обычно требует создания подъемной силы или очень большого сопротивления массе. Если вы находитесь в космическом челноке, это намного проще, чем в капсуле или просто куске или камне.
  Вы также выделяете немного тепла в течение значительного времени. Благоприятствуя неабляционной теплозащите.

• Замедление ниже требует преодоления больших аэродинамических нагрузок. Это также означает более высокие температуры, но их нужно выдерживать в течение меньшего времени. Это способствует абляционной теплозащите.

• Чем быстрее вы начнете, тем выше скорость очистки, насколько это возможно, в верхних слоях атмосферы, все еще оставит вам изрядное количество, чтобы избавиться от нижних слоев атмосферы.

Этот график: https://www.semanticscholar.org/paper/Radiation-Ablation-Coupling-for-Capsule-Reentry-via-Leyland-Morgan/471eb8a136f41006def99b65e8ccf3cc5592322e/рисунок/7
покажите это в действии для капсул Сатурн V против космического челнока. Это в значительной степени противоположные концы спектра по всем трем пунктам, и, как и предсказывалось, капсула делает большую часть своего замедления примерно на половине высоты шаттла. Я думаю, что эти два должны быть хорошими границами. Вам потребуются довольно экзотические конструкции, чтобы значительно увеличить высоту «замедления» за пределы этих диапазонов.

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

космический полет | Британика

Международная космическая станция, 2000 г.

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Джон Фрассанито
Чесли Боунстелл

Похожие темы:

исследование космоса
аэрокосмическая промышленность
гравитационная техника

Посмотреть весь связанный контент →

космический полет , полет за пределы атмосферы Земли. В статье рассматриваются основные понятия, связанные с запуском и возвращением автоматических и пилотируемых космических кораблей, их перемещением, навигацией, сближением и стыковкой в ​​космосе. За развитие космических путешествий и обсуждение космических аппаратов и космических программ и их вклада в научные знания и благосостояние людей см. освоение космоса. О разработке и технологии ракетного движения см. Ракета . Для получения подробной информации о ракетных системах, используемых для вывода космических аппаратов за пределы атмосферы Земли, см. Ракета-носитель.

Космическая среда

Космос, рассматриваемый здесь, определяется как все пределы Вселенной за пределами атмосферы Земли. Над Землей нет четкой границы, с которой начинается космос, но с точки зрения предельной высоты для транспортных средств, предназначенных для полета в атмосфере, ее можно считать всего 45 км (28 миль). Самая низкая практическая орбита искусственного спутника вокруг Земли составляет около 160 км (100 миль). Для сравнения, естественный спутник Земли, Луна, вращается вокруг планеты на среднем расстоянии примерно в 2400 раз большем — 384 400 км (239,000 миль). Однако даже это расстояние мало по сравнению с размерами Солнечной системы, где космические корабли должны преодолевать межпланетные расстояния, измеряемые сотнями миллионов и миллиардами километров, и бесконечно мало по сравнению с размером Вселенной. Ближайшие соседние звезды Земли находятся на расстоянии более 40 триллионов километров (25 триллионов миль).

Викторина «Британника»

Космос: правда или вымысел?

Марс и Млечный Путь больше, чем просто шоколадные батончики! Узнайте, насколько больше вы знаете о космосе, с помощью этого теста.

Пространство, разделяющее космические объекты, не совсем пусто. По всей этой пустоте вещество — в основном водород — рассеяно с чрезвычайно низкой плотностью. Тем не менее космос представляет собой гораздо больший вакуум, чем достигнутый на Земле. Кроме того, пространство пронизано гравитационными и магнитными полями, широким спектром электромагнитного излучения и высокоэнергетическими частицами космических лучей. До конца Второй мировой войны все выводы о космосе делались на основе наблюдений через искажающую атмосферу Земли. С появлением зондирующих ракет в конце 1940-х годов, а затем с помощью спутников с инструментами, космических обсерваторий, зондов и пилотируемых космических кораблей стало возможным непосредственно исследовать сложности космических явлений.

Другим важным атрибутом окружающей среды космоса является микрогравитация, состояние, достигаемое за счет баланса между центробежным ускорением космического корабля, вращающегося вокруг Земли, и гравитацией Земли. Это состояние, при котором на тело не действует результирующая сила, можно смоделировать на Земле только путем свободного падения в эвакуированной «падающей башне».

Космический корабль — это общий термин для объектов, запускаемых в космос, например, спутников и космических зондов, находящихся на околоземной орбите, экспериментальных капсул, орбитальных модулей некоторых ракет-носителей (например, американского космического корабля «Шаттл» или российского «Союза») и космических станций. . Космические аппараты рассматриваются отдельно от аппаратов с ракетными двигателями, которые запускают их вертикально в космос или на орбиту или разгоняют за пределы Земли ( см. ракеты-зонды и ракеты-носители). Космический зонд — это беспилотный космический корабль, которому придается достаточно большая скорость, чтобы он мог избежать гравитационного притяжения Земли. Зонд дальнего космоса — это зонд, отправленный за пределы системы Земля-Луна; если его отправляют исследовать другие планеты, его также называют планетарным зондом. Капсула для экспериментов — это небольшая беспилотная лаборатория, которую часто восстанавливают после полета. Космическая станция — это искусственное сооружение, размещенное на орбите и оборудованное для поддержки проживания людей в течение длительного времени.

Космические корабли сильно различаются по размеру, форме, сложности и назначению. Те, которые имеют сходство по дизайну, функциям или тому и другому, часто группируются в семейства программ — например, «Горизонт», «Метеор», «Молния», «Ресурс», «Союз» и «Ураган» в России; Explorer, Galaxy, Iridium, Milstar, Navstar, Nimbus, Orbview, Telstar и Voyager в США; Astra, Europestar, Envisat, Hotbird, Meteosat и SPOT в Европе; Аник и Радарсат в Канаде; Dong Fang Hong, Fengyun и Shenzhou в Китае; Инсат в Индии; и Ofeq в Израиле. Легкий вес и функциональная надежность являются основными характеристиками конструкции космического корабля. В зависимости от своей миссии космический корабль может проводить минуты, дни, месяцы или годы в космосе. Функции миссии должны выполняться в условиях высокого вакуума, микрогравитации, резких перепадов температуры и сильного излучения.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Космические аппараты в основном различаются по функциям — научным или прикладным. На научном спутнике или зонде установлены приборы для получения данных о магнитных полях, космическом излучении, Земле и ее атмосфере, Солнце или других звездах, планетах и ​​их спутниках и других астрономических объектах и ​​явлениях. Прикладные космические корабли имеют утилитарные задачи, такие как телекоммуникации, наблюдение Земли, военная разведка, навигация и определение местоположения, передача энергии и космическое производство.

Хотя конструкции различных семейств космических кораблей и космических кораблей специального назначения сильно различаются, на большинстве космических кораблей имеется девять основных категорий подсистем. Это (1) источник питания, (2) бортовая двигательная установка, (3) связь, (4) управление ориентацией (т. е. поддержание ориентации космического корабля в определенном направлении и точное наведение его приборов на выбранные цели), (5) окружающая среда. управление (в основном регулирование температуры компонентов космического корабля), (6) наведение, навигация и управление полетом, (7) компьютер и обработка данных, (8) структура (каркас космического корабля, который физически поддерживает все остальные подсистемы), и (9) система «мониторинга здоровья», которая следит за состоянием космического корабля и его полезной нагрузки.

Запуск в космос

Гравитационное притяжение Земли было одним из главных препятствий для космических полетов. Благодаря наблюдениям и расчетам более ранних ученых пионеры ракетостроения поняли законы движения Ньютона и другие принципы космического полета, но применение этих принципов должно было отложиться до развития ракетной мощности, необходимой для запуска космического корабля на высоту и скорость, необходимые для его миссии. .

Космический корабль и его ракета-носитель выбрасываются вверх из-за неуравновешенного давления внутри ракетного двигателя. На закрытом переднем конце двигательной камеры ракеты высокое давление, но гораздо меньшее давление на открытом заднем конце, где выхлопные газы выходят из сопла камеры. Эта неуравновешенная сила называется тягой ракеты. Если бы общая тяга двигателей была точно равна весу всей сборки космического корабля и ракеты-носителя при старте, сборка не двигалась бы. Но если бы, например, тяга была в два раза больше веса, сборка поднялась бы с начальным ускорением, равным стандартному ускорению свободного падения в 90,8 метра (32,2 фута) в секунду за секунду. По мере того, как масса топлива расходуется и выбрасывается из ракетных двигателей, ракета постоянно становится легче. Следовательно, если тяга поддерживается постоянной, ускорение транспортного средства увеличивается по мере его подъема.

Притяжение Земли к поднимающемуся космическому кораблю постепенно ослабевает. На высоте 160 км (100 миль) она по-прежнему составляет 95 процентов от того, что находится на поверхности Земли, а на высоте 2700 км (1680 миль) — 50 процентов (4,9 метра в секунду в секунду). Для целей космического полета гравитационное притяжение Земли становится незначительным только на расстояниях в несколько миллионов километров, за исключением случаев, когда космический корабль приближается к Луне и лунная гравитация (одна шестая земной) становится преобладающей.

Большинство космических аппаратов запускаются вертикально. Но если скорость корабля остается перпендикулярной поверхности Земли, он не выйдет на орбиту, а в конечном итоге упадет обратно на Землю (если только он не сможет достичь достаточно высокой скорости, чтобы избежать гравитационного влияния Земли). Для выхода на околоземную орбиту ракету-носитель необходимо повернуть так, чтобы вектор ее скорости был параллелен поверхности Земли. Когда он достигнет скорости, достаточно высокой, чтобы центробежное ускорение его криволинейного пути вокруг Земли точно уравновесило гравитационное притяжение Земли на этой высоте, космический корабль окажется на орбите.

Поскольку достичь высокой скорости, необходимой для выхода на орбиту, очень сложно, ракетам-носителям для достижения этой скорости требуется несколько ступеней. Техника постановки использует две или более ракетные системы, установленные в линейной последовательности. Первоначально воспламеняется самая задняя или первая ступень, и она (иногда с помощью прикрепленных ракет-носителей) поднимает транспортное средство с увеличивающейся скоростью до тех пор, пока его топливо не будет исчерпано. В этот момент ступень падает, облегчая транспортное средство, и зажигается вторая ступень. Эта ступень, которая меньше и имеет меньшую тягу, чем первая, далее разгоняет оставшуюся ракету-носитель. Использование дополнительных ступеней обычно следует той же схеме до тех пор, пока полезная нагрузка (космический корабль) не достигнет скорости, достаточной для обеспечения центробежного ускорения, необходимого для уравновешивания земного притяжения и выхода на орбиту.

Для некоторых миссий последний этап не используется во время начального набора высоты в космос, а зарезервирован для более позднего этапа полета. Например, космический корабль, установленный на трехступенчатом транспортном средстве, может использовать первые две ступени для достижения низкой «стояночной орбиты» вокруг Земли. Затем на третьей ступени он выводится на более высокую орбиту или удаляется от Земли.

Количество ступеней, необходимых для повышения скорости полезного груза до орбитальной, зависит не только от параметров миссии (например, высоты орбиты, широты стартовой площадки и типа орбиты, которую необходимо достичь), но и от характеристик различные этапы запуска. Максимальное увеличение скорости, достижимое для любой ступени ракеты-носителя, определяется характеристиками ее ракетного двигателя (измеряемой величиной тяги, которую он может развивать при сжигании 1 кг топлива в секунду) и величиной исходной массы ступени. состоит из пропеллента. Некоторым ранним ракетам-носителям для выхода на орбиту требовалось пять ступеней; большинству современных ракет-носителей требуется только два. Хотя в течение многих лет проводились исследования по разработке передовых технологий выхода на орбиту с помощью одной ступени (включая использование воздушно-реактивных двигателей для уменьшения количества топлива, которое должна нести ракета-носитель), «одноступенчатая Аппарат для выведения на орбиту еще не разработан.

В целом, чем дольше космический аппарат покидает атмосферу Земли и достигает необходимой скорости, тем менее экономичной становится процедура. При низких ускорениях ракета-носитель тратит большую часть своего топлива, потому что, по сути, она вкладывает почти 10 метров в секунду скорости каждую секунду пути только для того, чтобы противостоять гравитационному ускорению Земли, плюс потеря дополнительной скорости, преодолевая сопротивление атмосферы. Максимальное ускорение происходит в конце работы ракетного двигателя последней ступени, когда все топливо израсходовано и масса ракеты минимальна. Этот максимум ограничен ускоряющим напряжением, которое может выдержать конструкция транспортного средства или полезная нагрузка. В пилотируемом космическом полете ускорение, примерно в шесть раз превышающее силу тяжести, считается максимально допустимым, когда человеческое тело расположено перпендикулярно силе ускорения, т. е. когда голова и сердце находятся на одном уровне.

Траектории полета

Существует четыре основных типа траекторий: зондирующая ракета, околоземная орбита, уход с Земли и планетарная.

Ракеты-зонды являются единственным средством проведения научных измерений на высотах 45–160 км (28–100 миль), между максимальной высотой воздушных шаров и минимальной высотой орбитальных спутников. Они могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми и запускаются почти вертикально. После того, как все ступени ракеты израсходовали свое топливо и упали, секция полезной нагрузки продолжает двигаться вверх, медленно теряя скорость из-за гравитации. Скорость движения вверх падает до нуля на максимальной высоте, после чего начинает падать полезная нагрузка. Обычно полезная нагрузка поднимается на парашюте и снова летит. До раскрытия парашюта траектория полета следует параболической траектории, а время полета составляет менее 30 минут.

Посмотрите запуск и отделение ракеты-носителя космического корабля «Джемини» во время его отрыва от земли ракетой «Титан II»

Просмотреть все видео к этой статье

Полет на околоземную орбиту обычно достигается запуском ракеты вертикально с поверхности Земли и последующим наклоном ее траектории чтобы его полет был параллелен поверхности в то время, когда космическая часть корабля достигает орбитальной скорости на желаемой высоте. Орбитальная скорость — это скорость, обеспечивающая центробежное ускорение или притяжение, необходимое для точного уравновешивания притяжения Земли к транспортному средству на этой высоте. В этот момент двигатель ракеты выключается. На высоте 200 км (125 миль) скорость, необходимая для обращения вокруг Земли, составляет около 29000 км (18 000 миль) в час. Поскольку эта высота находится над большей частью атмосферы, аэродинамическое сопротивление не велико, и космический корабль будет продолжать движение по орбите в течение длительного времени.

Время, необходимое космическому кораблю, находящемуся на орбите, чтобы совершить один полный оборот, называется периодом обращения. На 200 км это около 90 минут. Орбитальный период увеличивается с высотой по двум причинам. Во-первых, по мере увеличения высоты гравитация Земли уменьшается, поэтому орбитальная скорость, необходимая для ее уравновешивания, уменьшается. Во-вторых, космический корабль должен лететь дальше, чтобы облететь Землю. Например, на высоте 1730 км (1075 миль) орбитальная скорость составляет 25 400 км (15 780 миль) в час, а период равен двум часам.

На высоте около 35 800 км (22 250 миль) скорость космического корабля составляет 11 100 км (6 900 миль) в час, а его орбитальный период имеет особое значение. Он равен звездным суткам ( 90 142 см. 90 143 звездного времени), периоду вращения Земли, измеренному относительно неподвижных звезд (примерно на четыре минуты короче обычных 24-часовых солнечных суток). Космический корабль на этой орбите обладает свойствами, желательными для определенных приложений. Например, если орбита лежит в плоскости земного экватора, космический корабль кажется наблюдателю на Земле неподвижным в небе. Эта конкретная орбита, называемая геостационарной орбитой, используется для связи и метеорологических спутников.

Все приведенные выше цифры предполагают круговую орбиту, которая для космического корабля часто является идеальной, но труднодостижимой. Обычно орбита космического корабля представляет собой эллипс с высотой перигея (ближайшее расстояние к Земле) и высотой апогея (максимальное расстояние от Земли). Если доступна тяга, орбиту космического корабля можно сделать более близкой к круговой, уменьшив скорость в перигее (что снижает апогей) или увеличив скорость в апогее (что поднимает перигей). Тяга в таких случаях применяется соответственно против или по направлению полета.

При выводе космического корабля на околоземную орбиту ракета-носитель чаще всего после старта наклоняется в восточном направлении. Запуск на восток сделан, чтобы воспользоваться скоростью, сообщаемой транспортному средству вращением Земли на восток. Эта скорость вращения поверхности максимальна на экваторе, около 1670 км (1037 миль) в час, и она составляет 1470 км (913 миль) в час на широте мыса Канаверал, штат Флорида. На еще более высокой широте российского космодрома Байконур в Казахстане поверхностная скорость составляет 1170 км (727 миль) в час. Можно запустить космический корабль на западную орбиту, но для достижения орбиты той же высоты по сравнению с восточной орбитой требуется дополнительная скорость и, следовательно, дополнительный расход топлива.

Если космический корабль должен быть выведен на полярную орбиту — орбиту, пересекающую полюса Земли, — он запускается в северном или южном направлении. Хотя преимущество запуска на восток теряется, космический корабль на орбите, перпендикулярной экватору, предлагает другие преимущества. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, космический корабль проходит через все части земного шара каждые несколько оборотов. Спутники, которые наблюдают за окружающей средой Земли, такие как спутники дистанционного зондирования и некоторые метеорологические спутники, используют полярные орбиты, как и некоторые военные спутники наблюдения.

Для любого запуска основным ограничением является потребность в траектории, позволяющей сбросить первую (а часто и вторую) ступень ракеты-носителя так, чтобы она не столкнулась с населенным пунктом, что может привести к травмам и повреждениям. Таким образом, чтобы получить преимущества восточного запуска, американские аппараты запускаются через Атлантический океан (например, с мыса Канаверал), европейские аппараты — через Атлантику с Куру во Французской Гвиане, а российские — с Байконура или Плесецка над малонаселенными районами Казахстана. и России соответственно. Стремление избежать столкновений с населенными пунктами на ранней стадии вынуждает Соединенные Штаты проводить свои полярные запуски с базы ВВС Ванденберг в Калифорнии на юг над Тихим океаном и требует, чтобы Израиль запускал на запад над Средиземным морем, несмотря на требуемое дополнительное топливо. и, как следствие, уменьшение полезной нагрузки, которую можно вывести на орбиту.

Начиная с 1990-х годов орбитальные полеты проводились с использованием ракет-носителей, выпускаемых с высоколетящих самолетов. Как правило, транспортное средство, представляющее собой малокрылую многоступенчатую ракету, поднимается под фюзеляжем модифицированного коммерческого реактивного лайнера на высоту около 12 км (40 000 футов) над открытым океаном, где и сбрасывается. После того, как аппарат ненадолго падает в горизонтальном положении, срабатывает его ракетный двигатель первой ступени, он отрывается от самолета и начинает подниматься. Крыло, обеспечивающее аэродинамическую подъемную силу на первом участке полета, сбрасывается с израсходованной первой ступенью. Такая система способна доставлять легкие спутники (весом до 500 кг [1100 фунтов]) на низкую околоземную орбиту.

В 1999 г. был проведен первый орбитальный запуск с морской платформы из точки в Тихом океане, на экваторе 154° з.д. модифицированной буровой платформой к месту пуска, где пусковая установка была смонтирована и спущена на воду. Использование концепции морского базирования позволяет использовать очень большие ракеты-носители, которые могут доставлять на геостационарную орбиту полезную нагрузку весом более 5000 кг (11000 фунтов).

Преимущество использования мобильной пусковой платформы, будь то воздушной или морской, заключается в возможности запуска в любом направлении — наиболее важно, в восточном направлении от экватора, чтобы получить полное представление о вращении Земли — при этом избегая любого воздействия ранних стадий транспортных средств на населенные пункты. области.

Побег с Земли

Чтобы полностью уйти от гравитации Земли, космическому кораблю требуется стартовая скорость около 40 000 км (25 000 миль) в час. Если впоследствии он не попадет под гравитационное воздействие другого небесного тела, он выйдет на орбиту вокруг Солнца, как крохотный планетоид. С точным расчетом времени космический корабль можно отправить по траектории, которая приведет его к Луне. В случае лунных посадочных полетов «Аполлона» космический корабль располагался по траектории, рассчитанной на то, чтобы пройти впереди Луны и под действием лунной гравитации огибать дальнюю сторону. Если бы не было выполнено маневра изменения скорости, космический корабль сделал бы петлю вокруг Луны и вернулся бы по траектории к Земле. Снизив скорость полета на обратной стороне Луны, астронавты Аполлона разместили свой корабль на лунной орбите, удерживаемой лунной гравитацией. Подобные маневры использовались для вывода на орбиту ряда космических аппаратов вокруг Марса, космического корабля «Магеллан» вокруг Венеры, космического корабля «Галилео» вокруг Юпитера, космического корабля «Сближение с околоземным астероидом» (NEAR Shoemaker) вокруг астероида Эрос и космического корабля «Кассини» вокруг Сатурна.

Так называемая задача трех тел небесной механики (в случае миссий «Аполлон» — относительное движение Земли, космического корабля и Луны под их взаимным гравитационным влиянием) чрезвычайно сложна и не имеет общего решения. Хотя уравнения, выражающие относительные движения, могут быть написаны для конкретных случаев, до появления быстродействующих цифровых вычислительных машин для расчета траекторий дальнобойных ракет не было возможности найти целесообразные приближенные решения. Компьютеры численно интегрируют сложные уравнения движения, показывают полную траекторию космического корабля в последовательных положениях в пространстве и сравнивают фактическую траекторию полета с запланированной траекторией в любой момент времени.

Планетарная передача

Из-за эллиптической природы планетарных орбит расстояния между Землей и другими планетами различаются. В случае с ближайшими соседями Земли, Венерой и Марсом, так называемая благоприятная возможность запуска появляется примерно каждые два года. Полеты можно совершать и в другое время, но требуемая скорость больше, а продолжительность больше или, для данной ракеты-носителя, полезная нагрузка должна быть легче по весу.

Траекторию от Земли к Венере или Марсу можно спланировать так, чтобы воспользоваться изменяющимися орбитальными соотношениями планет для наиболее экономичного полета с точки зрения топлива и энергии. Такие выгодные пути, называемые гомановскими орбитами или трансферными орбитами, были описаны в 1920 с. Хотя эти траектории требуют наименьшей скорости, они имеют большую продолжительность — например, до Марса 260 дней. Таким образом, часто используется компромиссная траектория, как в случае с «Маринерами-6» и «7» в 1969 году. Запущенный 24 февраля 1969 года, «Маринер-6» прошел в пределах 3430 км (2130 миль) от Марса 157 дней спустя, когда планета была на высоте 92,8°. миллионов км (57,7 миллионов миль) от Земли.

Некоторые траектории используют падение в гравитационное поле планеты для передачи импульса от планеты к космическому кораблю, тем самым увеличивая его скорость и изменяя направление. Этот метод помощи гравитации, или рогатки, использовался много раз для отправки планетарных зондов к месту назначения. Например, зонд «Галилео» во время своего шестилетнего путешествия к Юпитеру один раз пролетел мимо Венеры и дважды Земли, чтобы достичь своей конечной цели за 1995.

Те же соображения относительно планетарных траекторий применимы к космическим кораблям, предназначенным для других объектов в глубоком космосе, таких как астероиды и кометы. Например, траектория полета NEAR Shoemaker включала в себя изменяющий траекторию облет Земли.

Вывод космического корабля на орбиту вокруг планеты (или кометы, или астероида) требует достаточного снижения скорости космического корабля, чтобы гравитация планеты могла его захватить. До 1997 года такие маневры осуществлялись с помощью бортовой двигательной установки корабля для придания необходимого импульса, как это было сделано для «Аполлона». Новый процесс, называемый аэродинамическим торможением, впервые был испытан на космическом корабле Magellan для радиолокационной съемки на Венере в 1919 г. 93 использовался в 1997–1998 годах для снижения скорости Mars Global Surveyor, что позволило сэкономить значительное количество топлива и тем самым позволить летать с большей полезной нагрузкой. В этом процессе космический корабль использует короткое включение своей бортовой двигательной установки, чтобы вывести космический корабль на эллиптическую орбиту с большим эксцентриситетом, перигей которого опускается чуть ниже внешней границы атмосферы планеты. Во время каждого прохода через эту полосу сопротивление атмосферы немного замедляет космический корабль, уменьшая апогей орбиты. После ряда пролетов орбита становится круговой, и можно выполнять орбитальную миссию. Тот же процесс был снова успешно использован в Mars Odyssey в 2001–2002 годах и с тех пор стал стандартной практикой для запуска космических кораблей вокруг планет, имеющих атмосферу.

Навигация, стыковка и восстановление

Путешествие из точки А в точку В в пространстве почти никогда не происходит по прямой линии или с постоянной скоростью из-за многочисленных воздействий на движущееся тело. Основой космической навигации является инерциальное наведение, т. е. наведение по инерции вращающегося гироскопа, независимо от внешних сил и без привязки к Солнцу или звездам ( см. инерциальная система наведения). С помощью трех гироскопов и акселерометров навигационная система космического корабля может точно измерять любое изменение скорости, как положительное, так и отрицательное, вдоль любой или всех трех главных осей. Изменяя положение (осуществляя вращение вокруг одной или нескольких осей) и запуская один или несколько двигателей тяги, космический корабль может корректировать свою траекторию.

Инерциальные системы наведения, какими бы точными они ни были, подвержены мельчайшим ошибкам, которые могут накапливаться при длительных рейсах до значительных отклонений от требуемой траектории. Следовательно, многие космические корабли для исследования планет используют звездный трекер, небольшой телескоп которого отслеживает несколько предварительно запрограммированных звезд, таким образом обеспечивая точную непрерывную небесную «фиксацию» положения космического корабля и направляя компьютер космического корабля на корректировку инерциальной системы наведения. Когда доступно достаточное финансирование, некоторые космические зонды контролируются на Земле диспетчерами полета, которые время от времени посылают команды на компьютер космического корабля, чтобы скорректировать курс космического корабля.

На этапе запуска корректировка отклонений от запланированной траектории полета обычно производится сразу с помощью двигателей малой тяги на ракете-носителе, отклонения выхлопной струи ракеты или поворота одного или нескольких ракетных двигателей на карданной установке . В случае сближения и стыковки между двумя космическими кораблями данные радара информируют экипаж — или, в случае автоматизированных маневров, компьютер — о поправках, необходимых по каждой оси. С внедрением спутниковой системы глобального позиционирования Navstar (GPS) в 19В 80-х годах космические аппараты на околоземной орбите получили возможность определять свое местоположение с точностью до нескольких сантиметров и скорость с точностью до нескольких сантиметров в секунду.

Рандеву и стыковка

Сближение

— это процесс сближения двух космических кораблей, тогда как стыковка — это их последующая встреча и физическое соединение. Важными элементами рандеву являются согласование орбитальных траекторий и движение одного космического корабля в непосредственной близости от другого, обычно в пределах 100 метров (330 футов). В идеале два космических корабля также должны лежать в одной орбитальной плоскости.

Обычно для миссии по сближению один космический корабль уже находится на орбите, и ему навстречу запускается второй космический корабль. Для достижения рандеву запуск второго корабля рассчитан на доли секунды. Поскольку орбитальный космический корабль уже имеет большую скорость по сравнению со вторым космическим кораблем на земле, второй корабль запускается задолго до того, как первый пролетит над головой. Цель состоит в том, чтобы установить копланарную орбиту чуть ниже первого космического корабля. В этой конфигурации второй корабль, находящийся на более низкой орбите, движется с большей скоростью и обгонит первый. Когда он немного опережает первый космический корабль, он запускает двигатели таким образом, что заставляет его подниматься по орбите и, таким образом, замедляться до тех пор, пока он не достигнет орбитальной высоты и скорости первого корабля. Для таких операций необходимы радиолокационные системы и бортовые компьютеры.

Посмотрите, как космический корабль «Аполлон» стартует с Луны для встречи с командным и служебным модулями.

Просмотреть все видео к этой статье. В миссиях по высадке на Луну «Аполлон» этап подъема лунного модуля поднимался с поверхности Луны для встречи и стыковки с орбитальным командным модулем. Российские космические корабли «Союз» и американские космические челноки регулярно сближаются и состыковываются с космическими станциями на околоземной орбите. В то время как Соединенные Штаты полагались на человеческие экипажи для близкого сближения и стыковки, российские космические корабли могут выполнять эти маневры автоматически, используя технологии, разработанные и усовершенствованные в рамках советской космической программы.

Из-за ограничений полезной нагрузки космические аппараты сверх определенного размера и сложности не могут быть запущены на околоземную орбиту одновременно. Строительство крупной конструкции, такой как Международная космическая станция, или, аналогично, будущего космического корабля для полета человека на Марс или большой космической станции, работающей на солнечной энергии, требует надежных методов сближения и стыковки, которые можно использовать для сборки компонентов, доставленных на орбиту. орбиту на отдельных пусках. Кроме того, ротация космических экипажей и аварийно-спасательные миссии требуют возможности сближения и стыковки.

Reentry относится к возвращению космического корабля в атмосферу Земли. Одеяло из относительно плотного газа, окружающего Землю, используется в качестве тормозной или замедляющей силы, возникающей в результате аэродинамического сопротивления. Однако сопутствующим эффектом является сильный нагрев, вызванный сжатием атмосферного воздуха перед быстро движущимся космическим кораблем. Первоначально теплозащитные экраны были сделаны из абляционных материалов, которые отводили тепло при входе в атмосферу по мере их сброса, но космический шаттл представил огнеупорные материалы — кремнеземную плитку и армированный углерод-углеродный материал — которые напрямую противостояли теплу. В новых конструкциях автомобилей используются активное охлаждение и тугоплавкие металлические сплавы.

Неотъемлемой частью безопасного спуска космического корабля является точный контроль угла входа. Для Аполлона этот угол по отношению к горизонту Земли составлял −6,2°. Если угол входа слишком мал, космический корабль пропустит или отскочит от атмосферы и вернется в космос. Если угол слишком велик, теплозащитный экран не выдержит экстремальных скоростей нагрева, а космический корабль не выдержит высоких сил торможения. Возвращающиеся командные модули Аполлона приблизились к Земле со скоростью почти 40 000 км (25 000 миль) в час. Даже при удовлетворительном угле входа теплозащитные экраны капсул подвергались воздействию температур, приближающихся к 3000 ° C (5400 ° F).

На заключительных этапах спуска некоторые космические корабли, особенно пилотируемые корабли капсульного типа, раскрывают парашюты, которые опускают аппарат до мягкой посадки. Командные модули Аполлона использовали эту технику для приводнения в океане. Российский космический корабль «Союз» традиционно мягко садится на землю. Небольшие беспилотные космические аппараты или объекты (например, капсулы с фотопленкой), сброшенные со спутников, были обнаружены в воздухе самолетами, которые все еще спускались на Землю на парашюте. Процедура входа в атмосферу крылатого орбитального корабля шаттла заметно отличается: он спускается планируя и приземляется на взлетно-посадочную полосу, как обычный самолет.

Фредерик К. Дюран
Дэйв Дулинг
Джерри Грей

Отправка ракет в космос — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

Ракеты, запускаемые в космос, могут быть суборбитальными (кратковременное пребывание в космосе) или орбитальными (остающиеся в движении вокруг Земли) или могут улетать Земное притяжение, чтобы путешествовать глубже в космос.

Что такое космос?

Официальное начало космоса — 100 км над поверхностью Земли. Газы, из которых состоит атмосфера Земли, быстро разжижаются по мере увеличения высоты. Если бы вы летели на ракете вверх, на высоте 11 км, вы бы прошли 77,5% земной атмосферы. На 31 км вы бы прошли 99%. На этой высоте вы бы видели черноту космоса над собой, а не голубизну неба.

Гравитация и космос

Земля представляет собой массивный объект (6 x 10 ²⁴ кг), и ее гравитационное влияние распространяется далеко в космос. Гравитационное влияние Земли мало меняется для высот, на которых работает большинство спутников на низкой околоземной орбите (НОО) и Международная космическая станция.

At a height of 1000 km above the Earth’s surface, the gravitational force on a 10 kg mass составляет около 75% его стоимости на Земле.

Это означает, что даже если ракета достигнет космоса, сила тяжести все равно притянет ее обратно к Земле.

Суборбитальные ракеты – кратковременное посещение космоса

Ракеты, которые достигают космоса и затем возвращаются на Землю, классифицируются как суборбитальные ракеты. Обычно это зондирующие ракеты («зондирование» означает проведение измерений).

Ракеты-зонды предназначены для измерения атмосферы или проведения экспериментов в условиях микрогравитации, когда они проходят через атмосферу, а затем падают обратно на Землю.

Ракеты-зонды могут летать намного выше, чем метеозонды (еще один способ измерения атмосферы), которые могут подниматься только на высоту до 40 км. Некоторые зондирующие ракеты преодолевают расстояние до 950 км и более, прежде чем вернуться на Землю.

Вывод ракет на орбиту

Чтобы вывести ракеты на орбиту, им нужна гораздо большая тяга, чем та, которая доставит их на требуемую высоту. Им также нужна достаточная тяга, чтобы они могли двигаться с очень высокой орбитальной скоростью.

Например, Международная космическая станция (МКС) находится на высоте около 360 км. Для постройки МКС каждой ракете с людьми и частями требовалось достаточное количество тяги, чтобы обеспечить орбитальную скорость 28 000 км/ч. При такой скорости объект на такой высоте останется на орбите вокруг Земли. Если скорость меньше этой, объект упадет обратно на Землю.

Чтобы наглядно представить это, известный астроном, математик и физик сэр Исаак Ньютон представил пушку, установленную на очень высокой горе. Если пушечное ядро ​​выпущено с достаточной скоростью, оно будет лететь так быстро, что упадет на Землю, но полностью не попадет в нее. Этим занимаются спутники.

Около 3000 спутников, созданных людьми, в настоящее время вращаются вокруг Земли. Каждый из них был выведен на орбиту ракетой. Некоторые из них размером со стиральную машину, другие размером с автобус, а Международная космическая станция вместительна, как дом с 5 спальнями, а с выдвинутыми солнечными панелями имеет размер поля для регби.

Углубление в космос

Чтобы путешествовать за пределы Земли к другим планетам и дальше, нужны очень большие многоступенчатые ракеты, чтобы дать зонду, такому как «Вояджер-1» имеет достаточную тягу, чтобы избежать гравитационного притяжения Земли и Солнца.

«Вояджер-1» — космический зонд массой 722 кг, запущенный в 1976 году во время путешествия по Солнечной системе. Более 30 лет спустя он продолжает передавать данные и путешествовать в межзвездное пространство.

В марте 2004 года Европейское космическое агентство (ЕКА) запустило с Земли космический корабль «Розетта». Затем Розетте потребовалось 10 лет, чтобы поймать комету 67P, куда затем приземлился зонд.

запусков НАСА включало 9Миссия 0142 Juno 5 августа 2011 года. Juno потребуется 5 лет, чтобы достичь Юпитера, преодолев расстояние в 2800 миллионов км.

Запуск новых спутников в космос

В мае 2017 года Rocket Lab запустила первый испытательный полет своей ракеты Electron. Испытание было частью подготовки к запуску коммерческой службы по запуску ракет с небольшими полезными нагрузками в космос. В январе 2018 года Rocket Lab отпраздновала, когда стала одной из 11 стран, которые успешно запустили спутник на орбиту. Они разработали новые инновационные технологии, чтобы сделать ракеты более доступными для более широкого круга организаций и компаний. Узнайте больше о Rocket Lab здесь.

Природа науки

Научные открытия часто приводят к развитию новых технологий. Например, исследования ракетных двигателей привели к созданию более эффективных ракет, позволяющих выводить на орбиту большую полезную нагрузку (например, спутники). Новые технологии часто приводят к новым научным открытиям. Например, зонды для дальнего космоса помогают нам узнать о природе нашей Солнечной системы.

Материалы по теме

Изучите некоторые идеи, лежащие в основе понимания ракет:

• Взлет
• Ракеты и тяга
• Ракеты и масса
• Аэродинамика ракет

Идея занятия

В упражнении «Исследование движения ракеты» учащиеся исследуют движение ракеты, используя электронную таблицу с графиками движения.