Почему в космосе невесомость: Сухой закон, «Буран» и невесомость. Мифы о космосе и космонавтике

Содержание

Сухой закон, «Буран» и невесомость. Мифы о космосе и космонавтике – Москва 24, 06.10.2017

06 октября 2017, 00:03

Наука

4 октября стартовала Всемирная неделя космоса. Между тем Вселенная была и продолжает оставаться для нас территорией малоизученной. Пользуясь случаем, редакция портала Москва 24 вспомнила самые распространенные мифы о космосе и космонавтике.

Фото: пресс-служба «Роскосмоса»

На орбите нет гравитации

Одно из главных заблуждений о космосе – космонавты находятся на орбите в состоянии невесомости. На самом деле земную гравитацию в ближнем космосе никто не отменял. Высота полета Международной космической станции составляет всего около 10% расстояния от центра Земли до поверхности моря. Соответственно, и сила притяжения на орбите немногим отличается от земной. Почему же космонавты и их гаджеты свободно парят по отсекам орбитальных станций? Не вдаваясь в сложные формулы, скажем, что космические станции вместе со всем живым и неживым содержимым, по сути, постоянно находятся в состоянии падения: сила притяжения Земли «закручивает» траекторию движения станции, но при этом сила инерции мешает ей упасть на поверхность. Такой же эффект используется при тренировках космонавтов в условиях искусственной невесомости в специальных самолетах-лабораториях: при пикировании находящиеся на борту люди теряют опору и просто падают внутри самолета вместе с ним, так что невесомость в космосе – это скорее иллюзия.

Фото: ТАСС/Михаил Почуев

Многоступенчатую ракету придумал Циолковский

Считается, что многоступенчатую ракету придумал русский ученый-самоучка и изобретатель Константин Циолковский. Впервые такую идею он озвучил в 1926 году. В 1929 году в работе «Космические ракетные поезда» Циолковский выдвинул математическую теорию своей концепции. На самом деле первый патент на изобретение многоступенчатой ракеты был выдан в США в 1914 году. Автором идеи стал американский изобретатель Роберт Годдард. Что интересно, изобретение Годдарда в большей степени похоже на современные ракеты-носители, нежели “ракетные поезда” Циолковского. В частности, у Годдарда при старте ракеты должна первой запускаться нижняя ступень, тогда как у Циолковского – верхняя, которая тянула за собой весь “ракетный поезд”.

Фото: портал Москва 24/Михаил Сипко

Буран «содрали» с «Шаттла»

Существует распространенное мнение, что один из самых амбициозных проектов отечественной космонавтики – корабль многоразового использования «Буран» – был скопирован с американского Space Shuttle. Однако, несмотря на внешнее сходство, эти два корабля имеют ряд существенных различий. Американский Space Shuttle, по сути, является самодостаточным кораблем, который при помощи собственных двигателей и ускорителей самостоятельно взлетает с Земли, «Буран» же летал в космос «верхом» на ракете «Энергия». После вывода корабля на орбиту ракета вместе с двигателями сгорала в плотных слоях атмосферы. Конструкторы в целях экономии планировали сделать некоторые элементы «Энергии» возвращаемыми на Землю, однако после развала СССР проект был закрыт. Между тем у «Бурана» были свои преимущества перед «Шаттлом». На советском корабле были установлены мощные орбитальные двигатели, что делало его более маневренным непосредственно в космосе. Кроме того, «Буран» был оборудован системой автоматической посадки, которая безупречно отработала во время первого и последнего полетов челнока.

Фото: Портал мэра и правительства Москвы

В космосе не пьют

Считается, что космос и алкоголь – понятия несовместимые. Сегодня на Международной космической станции спиртное категорически запрещено. Впрочем, алкоголь никогда и нигде не входил в официальный рацион покорителей космоса. Главная причина запрета: алкоголь – летучее вещество, поэтому может негативно повлиять на работу оборудования. По этой причине на МКС также запрещены спиртосодержащие жидкости для ополаскивания рта, одеколоны. Кроме того, бытует мнение, что в условиях невесомости алкогольное опьянение наступает быстрее, а эффективность решения задач человеком под его воздействием значительно снижается (недавно это утверждение было опровергнуто экспертами НАСА после серии лабораторных экспериментов).

Впрочем, многие американские астронавты и советские космонавты не скрывают, что с алкоголем в космосе им все-таки доводилось иметь дело. Так, Базз Олдрин в своих мемуарах признался, что перед высадкой на Луне он и Нил Армстронг выпили немного вина. Советские космонавты также рассказывали об алкогольной контрабанде в космосе. Выпивку (как правило, это был коньяк) маскировали под обычные напитки. Известен случай, когда флягу с коньяком пронесли на борт корабля в бортжурнале, из которого вырвали страницы. Конечно, о беспробудном пьянстве в космосе не могло быть и речи: алкоголь употребляли в очень скромных количествах. Как вспоминал в своих мемуарах космонавт Георгий Гречко, он даже обращался в Минздрав СССР с просьбой узаконить небольшие количества алкоголя в бортпайках, на что врачи ответили отказом: “Выпьешь коньяка, откроешь люк и без скафандра в космос полезешь”.

Фото: портал Москва 24/Александр Горностаев

На Луне будут добывать гелий-3

Запасы гелия-3 на Луне – один из главных аргументов сторонников освоения спутника Земли. Есть мнение, что изотоп, в больших объемах обнаруженный на поверхности Луны, сможет решить энергетические проблемы человечества. По приблизительным оценкам, его запасов может хватить на 5000 лет. Напомним, что гелий-3 рассматривается как перспективное топливо для термоядерных реакторов. Однако физики-ядерщики считают эту перспективу слишком отдаленной. Сегодня в экспериментальных термоядерных реакторах с переменным успехом используется реакция дейтерия и трития. Технологии же осуществления контролируемой термоядерной реакции с гелием-3 как таковой не существует вообще. По самым оптимистичным прогнозам, наука сможет ее освоить не ранее чем через 50 лет. Вызывает вопросы и организация добычи гелия-3 на Луне. Содержание изотопа в грунте составляет около 1 грамма на 100 тонн, то есть для добычи 1 кг гелия-3 гипотетическим лунным горнякам придется перелопатить 100 тыс. тонн породы. Несмотря на это, в СМИ со ссылкой на официальные источники регулярно появляются сообщения, что некоторые государства на полном серьезе намерены начать добычу гелия-3 на Луне. Чаще всего в публикациях фигурируют Индия и Китай. Многие эксперты считают, что это не более чем пиар: правительства таким образом пытаются обосновать в глазах общественности растущие расходы на космические программы.

наука космос истории

10 распространенных заблуждений о космосе

Многие люди заблуждаются по поводу того, что происходит в космосе. Справедливости ради, весьма не многие из нас были в космосе (мягко говоря), а космос для многих из нас сложился с девятью планетами в Солнечной системе и волосами Сандры Буллок («Гравитация»), которые не развеваются в условиях невесомости. Найдется хотя бы один вопрос о космосе, на который любой человек ответит неверно. Давайте разберем десять распространенных мифов о космосе.

Содержание

1 Люди взрываются
2 Люди замерзают
3 Кровь кипит
4 Солнце
5 Черные дыры — это воронки
6 Повторный вход в атмосферу
7 Хвосты комет
8 Меркурий
9 Зонды
10 Состояние невесомости

Люди взрываются

Возможно, один из самых старых и распространенных мифов о космосе звучит так: в безвоздушном пространстве космоса любой человек взорвется без специального скафандра. Логика в том, что поскольку там нет никакого давления, мы бы раздулись и лопнули, как воздушный шарик, который надули слишком сильно. Возможно, вас удивит, но люди куда более прочные, чем воздушные шарики. Мы не лопаемся, когда нам делают укол, не лопнем и в космосе — наши тела не по зубам вакууму. Раздуемся немного, это факт. Но наши кости, кожа и другие органы достаточно устойчивы, чтобы пережить это, если кто-то не будет активно их разрывать. На самом деле, некоторые люди уже переживали условия чрезвычайно низкого давления, работая в ходе космических миссий. В 1966 году один человек тестировал скафандр и внезапно подвергся декомпрессии на 36 500 метров. Он потерял сознание, но не взорвался. Даже выжил и полностью восстановился.

Люди замерзают

Это заблуждение часто используется в фильмах. Кто из вас не видел, как кто-то оказывается за бортом космического корабля без костюма? Он быстро замерзает, и если его не вернуть обратно, превращается в сосульку и уплывает прочь. В реальности происходит прямо противоположное. Вы не замерзнете, если попадете в космос, вы, наоборот, перегреетесь. Вода над источником тепла будет нагреваться, подниматься, остывать и опять по новой. Но в космосе нет ничего, что могло бы принять тепло воды, а значит остывание до температуры замерзания невозможно. Ваше тело будет работать, производя тепло. Правда, к тому времени, когда вам станет нестерпимо жарко, вы уже будете мертвы.

Кровь кипит

Этот миф не имеет ничего общего с тем, что ваше тело перегреется, если вы окажетесь в безвоздушном пространстве. Вместо этого он напрямую связан с тем, что любая жидкость имеет прямую связь с давлением окружающей среды. Чем выше давление, тем выше точка кипения, и наоборот. Потому что жидкости легче перейти в форму газа. Люди с логикой могут догадаться, что в космосе, где нет давления вообще, жидкость будет кипеть, а кровь — тоже жидкость. Линия Армстронга проходит там, где атмосферное давление настолько низкое, что жидкость будет кипеть при комнатной температуре. Проблема в том, что если жидкость будет кипеть в космосе, кровь — нет. Кипеть будут другие жидкости вроде слюны во рту. Тот человек, которого декомпрессировало на 36 500 метрах, говорил, что слюна «сварила» его язык. Кипение такое будет больше похоже на высушивание феном. Однако кровь, в отличие от слюны, находится в закрытой системе, и ваши вены будут удерживать ее под давлением в жидком состоянии. Даже если вы будете в полном вакууме, тот факт, что кровь замкнута в системе, означает, что она не превратится в газ и не улетучится восвояси.

Солнце

Солнце — это то, с чего начинается изучение космоса. Это большой огненный шар, вокруг которого обращаются все планеты, который находится достаточно далеко, но греет нас и при этом не сжигает. Учитывая то, что мы не могли бы существовать без солнечного света и тепла, можно считать удивительным большое заблуждение о Солнце: что оно горит. Если вы когда-нибудь обжигали себя пламенем, поздравляем, на вас попало больше огня, чем могло дать вам Солнце. В реальности Солнце — это большой шар газа, который испускает свет и тепловую энергию в процессе ядерного синтеза, когда два атома водорода образуют атом гелия. Солнце дает свет и тепло, но обычного огня не дает вообще. Это просто большой и теплый свет.

Черные дыры — это воронки

Есть еще одно распространенное заблуждение, которое можно списать на изображение черных дыр в кино и мультфильмах. Разумеется, черные дыры «невидимы» по своей сути, но для аудитории вроде нас с вами их рисуют похожими на зловещие водовороты судьбы. Их изображают двухмерными воронками с выходом только на одной стороне. В реальности черная дыра — это сфера. У нее нет одной стороны, которая засосет вас, скорее она похожа на планету с гигантской гравитацией. Если вы подойдете к ней слишком близко с любой стороны, вот тогда вас поглотит.

Повторный вход в атмосферу

Все мы видели, как космические корабли совершают повторный вход в атмосферу Земли (так называемый re-entering). Это серьезное испытание для судна; как правило, его поверхность сильно разогревается. Многие из нас думают, что это из-за трения между кораблем и атмосферой, и в этом объяснении есть смысл: как бы корабль был окружен ничем, и вдруг начинает тереться об атмосферу с гигантской скоростью. Разумеется, все будет раскаляться. Что ж, правда в том, что трению отводится менее процента тепла во время повторного входа. Основная причина нагрева — компрессия, или сжатие. Когда корабль несется обратно к Земле, воздух, через который он проходит, сжимается и окружает корабль. Это называется головной ударной волной. Воздух, который сталкивается с головой корабля, толкает его. Скорость происходящего приводит к тому, что воздух нагревается, не имея времени на декомпрессию или охлаждение. Хотя часть тепла абсорбируется тепловым щитом, красивые картинки повторного входа в атмосферу создает именно воздух вокруг аппарата.

Хвосты комет

Представьте на секунду комету. Скорее всего, вы представите кусок льда, несущийся сквозь космическое пространство с хвостом из света или огня позади. Возможно, для вас будет сюрпризом, что направление хвоста кометы не имеет ничего общего с направлением, в котором движется комета. Дело в том, что хвост кометы не является результатом трения или разрушения тела. Солнечный ветер нагревает комету и приводит к таянию льда, поэтому частицы льда и песка летят в противоположном ветру направлении. Поэтому хвост кометы не обязательно будет тянуться за ней шлейфом, однако всегда будет направлен в сторону от солнца.

Меркурий

После понижения Плутона по службе, Меркурий стал самой маленькой планетой. Также это ближайшая к Солнцу планета, поэтому вполне естественно было бы предположить, что это самая горячая планета нашей системы. Короче, Меркурий — чертовски холодная планета. Во-первых, в самой горячей точке Меркурия температура составляет 427 градусов по Цельсию. Даже если бы на всей планете сохранялась такая температура, все равно Меркурий был бы холоднее Венеры (460 градусов). Причина того, что Венера, которая почти на 50 миллионов километров дальше от Солнца, чем Меркурий, теплее, кроется в атмосфере из углекислого газа. Меркурий похвастать не может ничем.

Другая причина связана с его орбитой и вращением. Полный оборот вокруг Солнца Меркурий совершает за 88 земных дней, а полный оборот вокруг своей оси — на 58 земных дней. Ночь на планете длится 58 дней, что дает достаточно времени, чтобы температура упала до -173 градусов по Цельсию.

Зонды

Все знают, что марсоход «Кьюриосити» в данный момент занимается важной исследовательской работой на Марсе. Но люди забыли о многих других зондах, которые мы рассылали на протяжении многих лет. Марсоход «Оппортьюнити» приземлился на Марсе в 2003 году с целью провести миссию в течение 90 дней. Спустя 10 лет он все еще работает. Многие люди думают, что мы никогда не отправляли зонды на планеты кроме Марса. Да, мы отправили множество спутников на орбиту, но посадить что-то на другую планету? Между 1970 и 1984 годами СССР успешно посадил восемь зондов на поверхности Венеры. Правда, все они сгорели, благодаря недружелюбной атмосфере планеты. Самый стойкий венероход прожил около двух часов, гораздо дольше, чем ожидалось.

Если мы отправимся чуть дальше в космос, мы достигнем Юпитера. Для роверов Юпитер — это еще более сложная цель, чем Марс или Венера, поскольку состоит почти целиком из газа, на котором ездить нельзя. Но это не остановило ученых и они отправили туда зонд. В 1989 году космический аппарат «Галилео» отправился изучать Юпитер и его спутники, чем и прозанимался следующие 14 лет. Он также сбросил зонд на Юпитер, а тот отправил информацию о составе планеты. Хотя на пути к Юпитеру находится и другой корабль, та, самая первая информация, имеет неоценимое значение, поскольку на тот момент зонд «Галилео» был единственным зондом, погрузившимся в атмосферу Юпитера.

Состояние невесомости

Этот миф кажется настолько очевидным, что многие люди никак не хотят переубеждать себя. Спутники, космические аппараты, астронавты и другое не испытывают невесомости. Настоящая невесомость, или микрогравитация, не существует и никто ее не испытывал никогда. Большинство людей находятся под впечатлением: как же так, астронавты и корабли плавают, поскольку находятся далеко от Земли и не испытывают действие ее гравитационного притяжения. На самом деле именно гравитация позволяет им плавать. Во время облета Земли или любого другого небесного тела, обладающего значительной гравитацией, объект падает. Но поскольку Земля постоянно движется, эти объекты не врезаются в нее.

Гравитация Земли пытается затащить корабль на свою поверхность, но движение продолжается, поэтому объект продолжает падать. Это вечное падение и приводит к иллюзии невесомости. Астронавты внутри корабля тоже падают, но кажется, будто они плавают. Такое же состояние можно испытать в падающем лифте или самолете. И вы можете испытать 23 секунды невесомости в самолете, свободно падающем на высоте 9000 метров.

Почему космонавты невесомы в космосе?

Все видели видео и фотографии космонавтов в космосе. Мы смотрим на них каждую миссию, а также на астронавтов на Международной космической станции, мягко парящих в космосе. Если бы вы спросили кого-нибудь, почему астронавты невесомы в космосе, все они, вероятно, ответили бы: «Потому что нет никакой гравитации», но это было бы неправильно.

Вот ситуация и вопрос к вам: Мы знаем, что Земля имеет гравитационное притяжение к Луне, и что Луна находится на расстоянии 384 400 км. Итак, если Земля имеет гравитационное притяжение к Луне, почему бы ему не повлиять и на Международную космическую станцию, которая находится всего в 330 км?

Ответ на этот вопрос немного сложнее, но в основе лежит некоторая гравитация в космосе, поэтому невесомость космонавтов не имеет ничего общего с гравитацией.

На самом деле космонавты падают, как и космическая станция. Мы также должны помнить, что есть тонны и тонны космического мусора, а также спутники, которые находятся в космосе вокруг планеты. Они тоже все падают.

Прямо сейчас вы, вероятно, говорите «ни за что». Если бы космическая станция и астронавты падали, они бы уже ударились о землю. Они не ударились о землю из-за того, что падают и едут очень быстро. Это также скорость, которая удерживает их от падения на землю. Сочетание падения со скоростью дает астронавтам и Международной космической станции, а также спутникам и всему прочему, что там парит, ощущение невесомости.

Существует определенная скорость, с которой должны двигаться объекты вокруг Земли, чтобы они не врезались и не сгорели в земной атмосфере. Они должны проехать не менее 28 160 км/час. Кроме того, земля круглая, а это значит, что когда они «падают», она изгибается под ними. Скорость в сочетании с кривизной земли означает, что, поскольку они движутся быстрее к земле, она на самом деле изгибается от них. Поскольку космонавты и космическая станция движутся с одинаковой скоростью, у них возникает ощущение невесомости.

Здесь, на Земле, бывают ситуации, когда вы можете почувствовать то же самое, что и космонавты. Если вы когда-нибудь катались на американских горках, то знаете, что, когда они поднимаются вверх и вверх, вы чувствуете, что вот-вот вылетите со своего места. Это такое же ощущение невесомости, которое возникает из-за сочетания скорости и кривизны американских горок, когда они снижаются. И тем не менее, вы действительно падаете с вершины американских горок.

Те же принципы физики, что и американские горки, применимы и к астронавтам в космосе: скорость в сочетании с падением на что-то изгибающееся может показаться невесомостью. Если есть два объекта, например, космическая станция и космонавт, и оба они движутся с одинаковой скоростью, будет казаться, что ни один из них не движется, но при этом оба невесомы.

Когда вы чувствуете себя невесомым в космосе? | Физика Фургон

Категория
Выберите категориюО фургоне физикиЭлектричество и магнитыВсе остальноеСвет и звукДвижение вещейНовая и захватывающая физикаСостояния материи и энергииКосмосПод водой и в воздухе

Подкатегория

Поиск

Задайте вопрос

Последний ответ: 10. 08.2015

В:

Многие люди считают, что в космосе нет гравитации, потому что астронавты на шаттлах или МКС кажутся парящими. На самом деле гравитация повсюду, и астронавты на самом деле падают ВОКРУГ нашей планеты. Но что произойдет, если мы запустим пилотируемый аппарат прямо в космос подальше от Земли с постоянной скоростью? (Если я прав, люди-путешественники никогда намеренно не покидали околоземную орбиту надолго, да? … даже наше путешествие на Луну все еще было околоземной орбитой, поскольку мы преследовали Луну, также вращающуюся вокруг Земли.) На этом воображаемом «Прямо» космическое путешествие, будут ли эти астронавты чувствовать себя невесомыми? Или они смогут ходить внутри своего транспортного средства, пока в конце концов не исчезнет эффект земного притяжения? Будет ли на это ощущение также влиять скорость и ускорение транспортного средства? Кроме того, что произойдет, когда мы пройдем мимо других гравитационных тел (например, Марса или Юпитера)? Спасибо! Это беспокоило меня!
— Крейг (18 лет)
Небраска

Ответ:

Отличные вопросы! Хороший способ понять это — представить любое движение под действием только силы тяжести как «падение». Независимо от того, находитесь ли вы на низкой околоземной орбите, как МКС, летите к Луне, как астронавт Аполлона, или дрейфуете в межзвездном пространстве, вы находитесь в свободном падении, когда движетесь только под действием силы тяжести. В свободном падении гравитация влияет на вас и на корабль одинаково — если вы ускоряетесь, корабль тоже ускоряется — поэтому вас не притянет к полу, как бы близко вы ни находились к планете. Если вы будете двигаться в космосе по любой траектории, не запуская двигателей своего космического корабля, вы почувствуете себя невесомым, потому что ваш корабль не будет оказывать на вас никакой силы.

Если бы вы хотели уйти от земли по прямой линии с постоянной скоростью, вы бы не смогли сделать это в свободном падении. Вам пришлось бы постоянно запускать двигатели, чтобы притяжение земли не замедляло вас. С включенными двигателями корабль будет оказывать на вас давление, и вы почувствуете, что вас притягивает к «полу». По мере того, как вы удаляетесь, сила притяжения от земли будет уменьшаться, и вам потребуется меньше силы от двигателей, чтобы продолжать двигаться с постоянной скоростью. Корабль будет оказывать на вас меньшую силу, и ваш кажущийся вес уменьшится. Около 9000 км от Земли, вы бы чувствовали на поверхности земли половину своего веса.

Если в любой момент заглушить двигатели, то снова почувствуешь себя невесомым. Пока двигатели были выключены, вы могли проходить мимо других планет, ничего не замечая (если только вы не вошли в атмосферу и корабль не начал замедляться, или вы не прошли так близко к черной дыре, что начали испытывать эффекты общей теории относительности).

Rebecca H.

PS: Если вам интересна орбитальная механика, вам может понравиться игра . Вы можете создавать свои собственные космические корабли и использовать реалистичные орбиты, чтобы добраться до Луны и других планет.

(опубликовано 10.08.2015)

Дополнение №1: невесомость в космосе

Вопрос:

космический шаттл?
— Lul $tephanie (14 лет)
sac

Правильно говорят, что они невесомы. Гравитационное поле само по себе не оказывает влияния веса.