Скорость взлета ракеты в космос: Почему ракеты-носители летают строго по дуге

Как происходит сближение космических аппаратов

«Вокруг света» разобрался, как пилотируемому кораблю «Союз» удается встретиться с МКС* на скорости 27 600 км/ч в 420 км от Земли.

Орбитальный экспресс

Последние пять лет пилотируемые корабли летают к МКС по четырехвитковой схеме, и космонавты заходят на борт станции через шесть часов после старта. До 2012 года сближение с МКС занимало двое суток и 34 оборота вокруг Земли. Все сегодняшние «Союзы» имеют на борту достаточный запас топлива и продовольствия, чтобы экипаж мог в любой момент перейти с короткой траектории на длинную, если что-то пойдет не так. Пока корабль находится на орбите фазирования, космонавтам разрешается снять шлемы, отстегнуться от кресла и перейти из спускаемого аппарата в жилой модуль. 12 октября 2017-го должен был состояться полет грузового корабля «Прогресс» по двухвитковой схеме, которая позволяет достичь МКС за 3,5 часа. По техническим причинам эксперимент пришлось отложить.

Полет по расписанию

С момента старта до выхода на низкую околоземную орбиту проходит 9 минут. Практически все это время члены экипажа испытывают перегрузку до 4g, то есть их тело весит до четырех раз больше, чем обычно.

— Пятый, эвакуация персонала со стартовой площадки завершена, тридцатый.

— Доклад тридцатого принял, пятый.

Радиопереговоры инженеров — часть грандиозного реалити-шоу , за которым наблюдают зрители со смотровой площадки космодрома Байконур.

В непосредственной близости от Ниагарского водопада уровень звукового давления достигает 100 дБ, а во время пуска ракеты грохот на площадке переваливает за 200 дБ. Один только звук в этом рукотворном аду уже смертелен для человека, а ведь есть еще давление, температура, ядовитые газы. Наблюдать за космическими стартами можно лишь с безопасного расстояния в 800 метров. Это достаточно близко, чтобы запомнить зрелище на всю жизнь.

Ночному спектаклю предшествует пятичасовое ожидание на холодном степном ветру, еще чуть раньше — «церемония» посадки космонавтов в автобус под неизменное «снится нам не рокот космодрома» из колонок

Роскосмос приглашает и журналистов, и экскурсантов только на пилотируемые запуски — присутствовать при взлете тяжелых носителей с грузовыми кораблями слишком опасно. Кроме самой ракеты зрители видят на большом экране членов экипажа, слышат радиопереговоры стартовой бригады. Обратный отсчет — киношный штамп, в реальности за несколько минут до старта на площадке воцаряется тишина. Самые эффектные полеты — ночные. В назначенный момент, с точностью до долей секунды, автоматика запускает двигатели, и становится светло, как днем. Спустя пару мгновений до смотровой площадки долетает басовитый грохот. Ракета-носитель «Союз-ФГ» степенно отрывается от земли, превращаясь в разрастающуюся на все небо шаровую молнию, которая, кажется, надвигается прямо на зрителей. Становится страшно. Затем яркость спадает, и наблюдатели провожают взглядом тускнеющую «звезду», которая плавно опускается вниз — заворачивает за круглую Землю. Едва уловимая вспышка знаменует запуск двигателей третьей ступени. Ракета уже в 1700 км от космодрома, и только сейчас полностью стихает ее звук.

В Байконуре школьники разглядывают, словно НЛО, наш Renault Kaptur, который давно примелькался в больших городах. Подвеска кроссовера, разработанная специально для России, не пасует и на казахстанских рытвинах

Город Байконур, словно машина времени, переносит гостей в прошлое. Бронзовый Ленин на главной площади ободряюще тянет руку к гостинице «Центральная», где выдают талоны на завтрак и привязывают неудобные гирьки к ключам. На территории музея экскурсовод показывает два одинаковых аскетичных домика: один Королева, другой Гагарина. Всматриваясь в космос, они не отвлекались на земной быт. Провожая взглядом ракету, тоже забываешь обо всем.

  1. Запуск. Орбита МКС относительно стабильна, в то время как Земля вращается. Именно поэтому на экране в Центре управления полетами траектория движения станции выглядит как волнистая линия. Время старта нужно подгадать так, чтобы вывести «Союз» на орбиту в той же плоскости, что и МКС. Также важно, чтобы в момент сближения станция была хорошо освещена солнцем, чтобы космонавты могли ее видеть. Энергия вращения планеты помогает запустить корабль в космос.

  2. Низкая околоземная орбита (НОО). Высота: 200 км. Скорость: 27 000 км/ч. Ракета­-носитель выводит корабль на НОО, или орбиту искусственного спутника Земли. Это минимальная высота, на которой аппарат может оставаться без помощи двигателей при условии, что он разогнался до первой космической скорости. На НОО «Союз» пробудет недолго и перейдет на орбиту фазирования.

  3. Гомановский переход. Маневр, названный в честь немецкого инженера Вальтера Гомана, применяется для перехода космического аппарата с одной орбиты на другую. Первое включение двигателя поднимает корабль на новую высоту по эллиптической траектории. Второй импульс помогает остаться на этой высоте и занять круговую орбиту.

  4. Орбита фазирования. Высота: 320 км. Скорость: 27 800 км/ч. Точные параметры НОО невозможно узнать заранее, так как поведение ракеты недостаточно предсказуемо. Чтобы занять идеально верное положение относительно МКС, «Союз» использует орбиту фазирования. Орбитальная скорость здесь на 200 км/ч выше, чем у МКС, из-­за меньшей высоты. Корабль не спеша дожидается нужного фазового угла со станцией, после чего сразу уходит на сближение.

  5. Биэллиптический переход. Для перехода корабля с орбиты фазирования на орбиту МКС гомановский переход недостаточно прецизионен. Маневр с тремя включениями двигателей вместо двух позволяет доставить «Союз» точно на заданную высоту со строго определенной скоростью. Третий импульс приводит корабль в зону ближнего сближения.

  6. Отклонение и торможение. «Союз» стремительно догоняет станцию. Чтобы не врезаться в нее в случае ошибки, короткий боковой импульс уводит корабль чуть в сторону от плоскости орбиты МКС. Менее чем за 200 км до станции «Союз» быстро разворачивается на 180 градусов и включает двигатели, чтобы затормозить, после чего вновь поворачивается к МКС «передом».

  7. Стыковка. Когда между кораблем и станцией остается примерно 180 км, радарная система «Курс» захватывает МКС, чтобы непрерывно следить за ее положением относительно «Союза». Компьютер автоматически управляет маневровыми двигателями и проводит стыковку. Однако на случай нештатной ситуации командир корабля всегда готов взять управление на себя.

* В англоязычных странах для обозначения маневра сближения космических аппаратов используют французский термин rendez-vous.

Фото: ТАСС, Getty Images, Renault Россия (X3)

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 12, декабрь 2017

Сергей Апресов

Теги

  • космос

на чем, как, с кем и надолго ли?

Самый богатый человек планеты, основатель империи Amazon Джефф Безос готовится 20 июля стать вторым «космическим миллиардером», который слетает в космос на аппарате собственного производства. Он мог бы стать первым, но 11 июля его неожиданно опередил Ричард Брэнсон, который поднялся на своем аппарате Unity на высоту 90 км.

Несмотря на упущенную пальму первенства, вклад Безоса в развитие космических путешествий все равно огромен, и еще неизвестно, какую именную компанию спустя несколько десятилетий будут считать пионером космического туризма – Virgin Galactic Брэнсона, Blue Origin Безоса или SpaceX Илона Маска.  

Что за аппарат у Безоса

Космический корабль Джеффа Безоса называется New Shepard – в честь Алана Шепарда, впервые в истории космонавтики совершившего суборбитальный полет. 

New Shepard поднимается на высоту 40 км вертикально – при помощи ракеты, а затем продолжает движение своими силами и достигает условной границы между атмосферой земли и космосом. Это так называемая «линия Кармана», установленная на уровне 100 км над океаном. Она на 10 км выше, чем максимальная высота, которой способен достичь Unity Брэнсона (90 км над уровнем моря). 

Скорость подъема составит около 3700 км/ч – втрое быстрее скорости звука. По сравнению с наземными объектами это кажется невероятным, но для неба не так уж много: всего в полтора раза быстрее «Конкорда». Для сравнения: ракете, которая доставляет груз на околоземную орбиту, приходится преодолевать первую космическую скорость, а это 29 000 км/ч. 

Что будет наверху и каким будет спуск

Капсула Безоса продержится на высоте 100 км всего 11 минут. За это время пассажиры ощутят настоящую невесомость, увидят кривизну горизонта, поcле чего капсула начнет опускаться на Землю при помощи парашютов. Ожидается, что при приближении к поверхности Земли скорость спуска будет около 20 миль в час (примерно 32 км/ч): для безопасности в салоне установлены специальные антиударные кресла, защищающие пассажиров от травм при столкновении капсулы с земной твердью.

Ракета, которая поднимет капсулу вверх, не распадется на куски, а, используя остатки топлива, вернется на землю, совершит точечную вертикальную посадку и будет эксплуатироваться в будущем. 

Чем космический проект Безоса отличается от космических проектов Маска и Брэнсона? 

Трех миллиардеров, увлеченных космосом, разумеется, постоянно сравнивают между собой. Между тем три их проекта очень разные. 

Прежде всего, ракеты Маска мощнее ракеты Безоса и самолета Брэнсона. New Shepard и Falcon роднит вертикальный взлет (и посадка), а также возможность многоразовой эксплуатации. Но Falcon Маска – ракета орбитальные, она способна развивать скорость выше первой космической и выводить капсулу на настоящую орбиту. 

11 июля по своей баллистической траектории Брэнсон поднялся чуть меньше чем на 90 км над уровнем моря. Безос во вторник, 20 июля, планирует взять высоту 100 км. 

Последним обстоятельством уже воспользовались сотрудники Blue Origin, которые заявили, что полет Брэнсона не может считаться по-настоящему космическим, так как тот не достиг «линии Кармана», а значит, первым по-настоящему посетившим космос миллиардером 20 июля все-таки станет их босс Безос. 

Only 4% of the world recognizes a lower limit of 80 km or 50 miles as the beginning of space. New Shepard flies above both boundaries. One of the many benefits of flying with Blue Origin. pic.twitter.com/4EAzMfCmYT

— Blue Origin (@blueorigin) July 9, 2021

Сторонники Virgin с этим не соглашаются: «линия Кармана» – вещь условная, и хотя Международная авиационная федерация признает границей между Землей и космосом именно ее, некоторые другие организации (например, ВВС США и NASA) рисуют воображаемую линию в другом месте – на высоте 50 миль (то есть без малого 90 км). А значит, первым из непрофессионалов в космосе побывал Брэнсон – 11 июля. 

Сколько будет пассажиров, и летали ли люди на New Shepard раньше? 

Космолет Безоса совершил 15 управляемых полетов без людей. Полет 20 июля будет первым с пассажирами на борту. New Shepard рассчитан на шесть пассажиров (пилота в капсуле нет, она управляется с земли), однако в этот раз их будет лишь четверо, включая Безоса. 

Помимо хозяина компании, в космос полетят его брат Марк Безос, 18-летний выпускник школы Оливер Дэмен, а также 82-летняя астронавтка Уолли Фанк. Оливер Дэмен был внесен в список пассажиров в последний момент вместо неизвестного мецената, который ради этого полета пожертвовал 28 млн долларов на исследование космоса через организацию Club for Future, связанную с Blue Origin, но в последний момент отказался лететь, сославшись на занятость. 

Уолли Фанк, всю жизнь посвятившая авиации, в 1961 году стала одной из тринадцати участниц программы «Женщины в космосе» («Меркурий-13»). Эта программа должна была доказать, что женщины могут летать в космос не хуже мужчин, и ее участницы проходили тщательную подготовку, подвергались тяжелым испытаниям и тестированиям. Однако эта частная инициатива в 60-е закончилась ничем, и первая американка полетела в космос лишь в 1983 году, на двадцать лет позже первой советской космонавтки Валентины Терешковой.

Можно ли будет наблюдать за происходящим?

Старт состоится 20 июля в 8 утра по восточному побережью США (час дня по Гринвичу, три по Москве), с космодрома Blue Origin в Техасе. Blue Origin будет стримить полет, но только вид снаружи. Внутреннее убранство капсулы и выпученные глаза Безоса и его попутчиков можно будет увидеть позднее, видео изнутри и интервью с участниками будет выложено после полета.

Фото: Blue Origin

Читайте также:

  • Миллиардер Ричард Брэнсон поднялся в космос. Наконец!
  • Через шесть лет планируют открыть первый отель в космосе
  • Компания Space Perspective собирается проводить вечеринки в космосе

Забавные факты

Забавные факты о ракетах

  • Типичная ракета производит более миллиона фунтов тяги, что позволяет ей нести более 6000 фунтов на скорости свыше 22000 миль в час. Это эквивалентно мощности, генерируемой 13 плотинами Гувера, выдерживающими вес восьми лошадей и движущимися со скоростью в 15 раз превышающей скорость летящей пули!

  • Вместе ракеты Atlas и Delta совершили более 1300 вылетов

  • Гонка на Луну зависела от очень успешных полетов Атласа. В 1962 году Джон Гленн стал первым американцем, вышедшим на орбиту, когда Атлас запустил свой космический корабль «Дружба-7».

  • В январе 2006 года Atlas V установил новый мировой рекорд во время запуска миссии «Новые горизонты» для самого быстрого космического корабля во время выхода из атмосферы Земли — более 36 000 миль в час. При такой скорости потребуется всего 41 минута 44 секунды, чтобы обойти земной экватор, что составляет 24,902 мили. Космический корабль достиг максимальной скорости 47 000 миль в час. При такой скорости полет из Денвера в Нью-Йорк займет всего 2 минуты 16 секунд.

  • Delta II может запустить спутник, вес которого эквивалентен седану Mercedes S500 (примерно 4200 фунтов). Atlas V или Delta IV могут запустить спутник, вес которого эквивалентен Humvee (примерно 6500 фунтов). Будучи самой крупной ракетой-носителем, Delta IV Heavy может запустить спутник, вес которого эквивалентен полуприцепу (примерно 29 кг).000 фунтов).

  • На сегодняшний день надежной Delta II запущено более 220 отдельных космических аппаратов.

  • Delta II за свою 25-летнюю историю, начиная с первого запуска 14 февраля 1989 г., имеет почти 99-процентный показатель успешных миссий. ракета от установки вертикальной интеграции (ВИФ) до стартовой площадки весит 1,34 миллиона фунтов. MLP требуется около 30 минут, чтобы пройти 1800 футов от VIF до площадки.

  • Еще в версии IIAS автомобиль Atlas содержал структурные детали, сделанные из дерева. Направляющие, представляющие собой трубчатые опоры по бокам бустерного бака, были изготовлены из пихты, сорта древесины, на который распространяется спецификация Mil.

  • Производственные площади ULA в Декейтере, штат Алабама, составляют 1,6 миллиона квадратных футов. На предприятии производятся ракеты-носители «Атлас» и «Дельта».

  • R/S RocketShip, большой грузовой корабль, который перевозит автомобильное оборудование с завода в Декейтере, штат Алабама, на стартовые площадки, имеет длину 312 футов. Путешествие из Декейтера вдоль реки Теннесси в открытый океан занимает примерно 8 дней, чтобы доставить оборудование на станцию ​​космических сил на мысе Канаверал, Флорида, и 21 день, чтобы добраться до базы ВВС Ванденберг, Калифорния.

  • Высота автомобиля Atlas V 500 составляет 205 футов — это почти 19 этажей.

  • 18 декабря 1958 года ракета-носитель Atlas B вышла на орбиту Земли с записанным на магнитофон рождественским поздравлением от президента Дуайта Д. Эйзенхауэра.

  • Шимпанзе Энос полетел в космос на борту Mercury Atlas-5 (ртутная капсула на ракете-носителе Atlas D) 29 ноября 1961 года. Он совершил свой первый виток за 1 час 28,5 минут.

  • 900:02 «Меркурий-Атлас-6» (МА-6) доставил Джона Гленна на орбиту 20 февраля 1962 года, совершив три оборота вокруг Земли. Джон Гленн стал первым американцем, облетевшим Землю. Космический корабль «Меркурий» под названием «Дружба-7» был выведен на орбиту ракетой-носителем Atlas LV-3B, стартовавшей с космодрома-14 на мысе Канаверал, Флорида.

Запуск ракеты НАСА проверит научный пакет для будущих миссий

Команда SpEED Demon позирует с секцией полезной нагрузки во время испытаний в летной базе НАСА Уоллопс. Предоставлено: NASA Wallops/Berit Bland.
900:02 НАСА проведет испытания нового научного оборудования для будущих миссий с запуском зондирующей ракеты 22 августа со своего летного комплекса Уоллопс в Вирджинии.

Демонстрационная миссия Sporadic-E ElectroDynamics Demonstration, или SpEED Demon, будет запускать новые инструменты вместе с традиционными инструментами, которые использовались в других миссиях зондирующих ракет, но не вместе. Инструменты SpEED Demon будут дополнительно усовершенствованы на основе результатов этого запуска, и впоследствии они отправятся в научную миссию, запланированную на лето 2024 года, с атолла Кваджалейн на Маршалловых островах и, возможно, во многих других зондирующих ракетах.

СКОРОСТЬ Демон запустится на 40-футовой ракете Terrier-Improved Malemute с зондом между 21:00 и 21:00. EDT 22 августа и 1:00 23 августа. Даты резервного запуска — с 23 по 27 августа. в день запуска для просмотра полета. Ожидается, что запуск ракеты будет виден из Средней Атлантики/региона Чесапикского залива. Прямая трансляция миссии должна начаться в 20:40. на сайте Wallops на YouTube.

В то время как основной целью SpEED Demon является проверка пакета приборов, ученые надеются, что они смогут измерить спорадические слои E в ионосфере, наэлектризованной верхней части земной атмосферы, состоящей из ионизированного газа, называемого плазмой.


Космический аппарат НАСА MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutionN) обнаружил «слои» и «трещины» в электрически заряженной части верхней атмосферы (ионосферы) Марса. Это явление похоже на обычно встречающиеся спорадические слои E на Земле, которые изучает SpEED Demon, которые могут вызывать непредсказуемые сбои в радиосвязи. Это неожиданное открытие MAVEN показывает, что Марс является уникальной лабораторией для изучения и лучшего понимания этого крайне разрушительного явления, которое может произойти предположительно на любой планете. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА 9.0002 «Спорадические слои E подобны пятнистым невидимым облакам плотной плазмы, которые иногда нарушают радиосвязь», — сказал Аро Барджатия, главный исследователь SpEED Demon и директор лаборатории космических и атмосферных приборов в Авиационном университете Эмбри-Риддла в Дейтона-Бич, Флорида. .

«Эти слои видны по всему земному шару, а те, что находятся в средних широтах Земли, летом увеличиваются в изобилии и активности», — сказал Барджатия. «Иметь полное представление о них необходимо, чтобы точно смоделировать их и предсказать их возникновение».

На Земле спорадические слои E встречаются на расстоянии 62 и 87 миль, что почти невозможно исследовать на месте с помощью спутников. Только зондирующие ракетные миссии, такие как SpEED Demon, дают возможность пролететь сквозь слои и провести непосредственные измерения этого явления на Земле. Электрические токи, связанные со спорадическими слоями E, измерялись ранее, но не с помощью комплексного инструментария, который мог бы дать более глубокое понимание этой активности.

Карта видимости среднеатлантического региона показывает, сколько секунд при запуске, если позволяет погода, ракета-зонд Terrier-Improved Malemute может быть видна в небе. Предоставлено: Центр полётов НАСА Уоллопс.

«SpEED Demon демонстрирует комплексный набор инструментов в одной ракете научной полезной нагрузки. Основная полезная нагрузка выбрасывает четыре вспомогательные полезные нагрузки с приборами, что позволяет проводить одновременные измерения на обширной области в космосе. Ожидается, что такая возможность будет использоваться для многих других научных целей. зондирование ракетных миссий в будущем», — сказал Барджатия.

SpEED Demon предназначен для проверки технологий, и поэтому он не будет ждать, пока произойдут точные научные условия, как это делают другие миссии, ориентированные на науку.