Вот ракета на космодроме, вот летит, 1-я ступень, 2-я, и вот корабль выведен на околоземную орбиту с первой космической скоростью 8 км/с.
Вроде бы формула Циолковского вполне позволяет.
Из учебника: "для достижения первой космической скорости
υ = υ 1 = 7,9·10 3 м/с
при u = 3·10 3 м/с
(скорости истечения газов при сгорании топлива бывают порядка 2–4 км/с) стартовая масса одноступенчатой ракеты должна примерно в 14 раз превышать конечную массу
".
Вполне разумная цифра, если, конечно, забыть, что на ракету ещe действует сила притяжения, не входящая в формулу Циолковского.
Но вот какой расчет скорости Сатурн-5 провел С.Г.Покровский: http://www.supernovum.ru/public/index.php?doc=5 (файл "Попасть на Луну" в приложении) и http://supernovum.ru/public/index.php?doc=150 (старый вариант: файл "ОЦЕНКА СКОРОСТИ" в приложении). С такой скоростью (менее 1200 м/с) ракета не может набрать 1-ю космическую скорость.
Из Викпедии: "В течении своих двух с половиной минут работы, пять двигателей F-1 поднимали ракету-носитель Сатурн-5 на высоту 42 мили (68 км) придавая ей скорость 6164 миль в час (9920 км/ч)".
Это те самые, заявленные американцами 2750 м/с.
Прикинем ускорение: a=v/t=2750/150=18.3 м/сек²
.
Нормальная трехкратная перегрузка при взлете. Но с другой стороны, а=2H/t²
=2x68000/22500=6 м/сек²
. С таким ускорением далеко не улетишь.
Как объяснить второй результат и трехкратную разницу?
Для удобства подсчетов возьмем десятую секунду полета.
Используя фотошоп для измерения пикселей на рисунке, получим значения:
высота = 4.2 км;
скорость = 950 м/ сек;
ускорение = 94 м/сек².
На 10-й секунде ускорение уже падало, поэтому я взял среднее с какой-то ошибкой в несколько процентов (10% - очень хорошая погрешность физических экспериментов).
А теперь проверим вышеприведенные формулы:
а=2H/t²=84 м/сек²;
a=v/t=95 м/сек²
Как видите, расхождение в те самые 10%. А совсем не в 300%, о которых я и задал вопрос.
Ну, а для тех, кто не в курсе, сообщу: в физике все качественные оценки должны быть получены простыми школьными формулами. Как сейчас.
Все сложные формулы нужны лишь для точной подгонки разных деталей (иначе поток электронов пройдет рядом с мишенью в циклотроне).
А теперь посмотрим с другой стороны: средняя скорость H/t=68000/150=450 м/сек; если считать, что скорость возрастала равномерно от нуля (как на графике любительской ракеты), то на высоте 68 км она равна 900 м/сек. Результат даже меньше значения, посчитанного Покровским. Получается, что в любом случае двигатели не позволяют набрать заявленную скорость. Возможно, даже спутник не выведешь на орбиту.
Сложности подтверждают неудачные испытания ракеты "Булава" (с 2004 года): то отказ 1-й ступени, то полет не в ту сторону, а то и просто падение при старте.
Неужели на космодромах нет проблем?
Хорош пример северокорейцев, которые, очевидно, выкрали наши чертежи, создали ракетоноситель и 05.04.2009 запустили спутник, который, как и полагается, упал в Тихий океан.
А это старт шаттла Endeavour. Как по мне, так это траектория падения в Атлантику...
И, чтобы закончить о полетах с 1-й космической скоростью (7.76 км/сек на высоте 500 км).
Формулу Циолковского применяют к вертикальной составляющей скорости. Но чтобы снаряд летел по стационарной орбите он должен иметь горизонтальную 1-ю космическую скорость, как её рассматривал Ньютон, выводя свои формулы:
Чтобы вывести ракету на 1-ю космическую скорость, её надо разогнать не только вертикально, но и горизонтально. Т.е. фактически скорость истечения газов в полтора раза ниже заявленной, считая, что ракета поднимается в среднем под углом в 45° (половина газа работает на подъем вверх). Вот почему в расчётах теоретиков всё сходится - приравниваются понятия "вывести ракету на орбиту" и "поднять ракету на высоту орбиты". Чтобы ракету вывести на орбиту, надо её поднять на высоту орбиты и придать 1-ю космическую скорость в горизонтальной составляющей движения. Т.е. совершить две работы, а не одну (затратить в два раза больше энергии).
Увы, всё же сказать чего-то определенного я не могу - уж очень это дело запутанное: сначала есть сопротивление атмосферы, потом нет, масса уменьшается, скорость растет. Оценить сложные теоретические расчеты простой школьной механикой не получается. Оставим вопрос открытым. Он поднимался лишь для затравки - показать, что не всё так просто, как может показаться на первый взгляд.
Казалось, что этот вопрос так и останется подвешенным. Что можно возразить против утверждения, что шаттл на фото вышел на околоземную орбиту и кривая вниз - это начало витка вокруг Земли?
Но случилось чудо: 24
февраля 2011 г. последний старт Discovery был снят с борта пролетавшего самолета на
высоте 9 км:
Съемка началась с момента старта (отчет наблюдали на экране в салоне самолета) и длилась 127 секунд.
Давайте сверимся с официальными данными:
Этого момента мы не успели увидеть (интересно, что могло прервать столь интересную съёмку именно в такой важный момент?) . Но главное мы видим: высота действительно 50 км (соизмеряя с высотой самолета над землей), скорость в районе 1 км/ сек.
Скорость легко оценить, замеряя расстояние от четко выраженного горба дыма на высоте около 25 км ( его L протяженность вертикально вверх не более 8 км). На 79-й секунде расстояние от его высшей точки 2.78L по высоте и 3.24L по длине (используем L , так как надо нормировать разные кадры - меняется Zoom ), на 96-й секунде 3.47L и 5.02L , соответственно. Т.е. за 17 секунд шаттл поднялся на 0.7L и сместился на 1.8L . Вектор равен 1.9L = 15 км (чуть больше, так как повернут слегка от нас).
Всё бы хорошо. Да только траектория совсем не та, что изображена на
профиле полета. Участок на 125 секунде (отделение ТТУ) практически вертикальный,
а мы видим максимумбаллистической
траектории, который
должны были бы увидеть на высоте более 100 км, согласно как профилю, так и
возражениям оппонентов по фото
Endeavour
.
Посмотрим еще раз на него: высота нижней кромки облаков - 57 пикселей, максимума траектории - 344 пикселя, ровно в 6 раз выше. И на какой высоте нижняя кромка облаков? Ну, никак не выше 8-ми километров. Т.е. тот же потолок в 50 километров.
Так что шаттл действительно по баллистической траектории, изображенной на фото (легко считается, что угол взлета ниже облачности не превышает 60 градусов), улетает к себе на базу, а совсем не в космос.
Освоение космоса уже давно стало вполне обыденным делом для человечества. Но полеты на околоземную орбиту и к иным звездам немыслимы без устройств, позволяющих преодолевать земное притяжение – ракет. Многие ли из нас знают: как устроен и функционирует ракета-носитель, откуда происходит запуск и какова её скорость, позволяющая преодолеть притяжение планеты и в безвоздушном пространстве. Давайте подробнее разберемся в этих вопросах.
Устройство
Чтобы уяснить как работает ракета-носитель следует разобраться в её устройстве. Начнем описание узлов сверху к его нижней части.
САС
Аппарат, выводящий на орбиту спутник или грузовой отсек всегда отличает от носителя, который предназначен для транспортировки экипажа его конфигурация. У последнего в самом верху расположена специальная система аварийного спасения, служащая для эвакуации отсека с космонавтов при поломке ракета-носителя. Эта нестандартной формы башенка, размещенная на самом верху, является миниатюрной ракетой, позволяющей "вытянуть” капсулу с людьми вверх при экстраординарных обстоятельствах и сместить её на безопасное расстояние от точки аварии. Это актуально в начальной стадии полета, где ещё есть возможность провести парашютный спуск капсулы. В безвоздушном пространстве роль САС становиться не столь важна. В околоземном пространстве спасти космонавтов позволит функция, дающая возможность отделить от ракета-носителя спускаемый аппарат.
Грузовой отсек
Ниже САС расположен отсек, несущий полезную нагрузку: пилотируемый аппарат, спутник, грузовой отсек. Исходя от типа и класса ракета-носителя, масса выводимого на орбиту груза, может колебаться от 1,95 до 22,4 тонн. Весь транспортируемый кораблем груз защищен головным обтекателем, который сбрасывается после прохождения атмосферных слоёв.
Маршевый двигатель
Далекие от космоса люди думают, что если ракета оказалась в безвоздушном пространстве, на высоте ста километров, где начинается невесомость, то на этом её миссия окончена. На самом деле в зависимости от задачи, целевая орбита, выводимого в космос груза может находиться значительно дальше. Например, телекоммуникационные спутники необходимо транспортировать на орбиту, находящуюся на высоте более 35 тысяч километров. Чтобы достичь необходимого удаления и нужен маршевый двигатель, или как его по-другому называют – разгонный блок. Для выхода на запланированную межпланетную или отлетную траекторию следует не один раз менять скоростной режим полета, осуществляя определенные действия, поэтому этот двигатель должен неоднократно запускаться и выключаться, в этом его несходство с прочими аналогичными узлами ракеты.
Многоступенчатость
У ракета-носителя лишь малую долю его массы занимает транспортируемая полезная нагрузка, всё остальное – двигатели и топливные баки, которые расположены в разных ступенях аппарата. Конструктивной особенностью этих узлов является возможность их отделения после выработки топлива. После чего они сгорают в атмосфере, не достигая земли. Правда, как гласит новостной портал reactor.space , в последние годы была разработана технология, позволяющая возвращать в отведенную для этого точку отделившиеся ступеням невредимыми и вновь запускать их в космос. В ракетостроении при создании многоступенчатых кораблей используется две схемы:
- Первая – продольная, позволяет размещать вокруг корпуса несколько одинаковых двигателей с топливом, одновременно включающихся и синхронно сбрасывающихся после использования.
- Вторая – поперечная, дает возможность располагать ступени по возрастающей одну выше другой. В этом случае их включение происходит исключительно после сброса нижней, отработанной ступени.
Но часто конструкторы отдают предпочтение сочетанию поперечно-продольной схеме. Ступеней у ракеты может быть много, но увеличение их числа рационально до определенного предела. Их рост влечет за собой увеличение массы двигателей и переходников, работающих только на определенной стадии полета. Поэтому современные ракета-носители не комплектуются более чем четырьмя ступенями. В основном топливные баки ступеней состоят из резервуаров, в которых закачивается разные компоненты: окислитель (жидкий кислород, тетроксид азота) и горючее (жидкий водород, гептил). Только при их взаимодействии можно разогнать ракету до нужной скорости.
С какой скоростью летит ракета в космосе
В зависимости от задач, которые должен выполнить ракета-носитель ее скорость может разнится, подразделяясь на четыре величины:
- Первая космическая. Она позволяет подняться на орбиту где она становиться спутником Земли. Если перевести на привычные значения, она равняется 8 км/с.
- Вторая космическая. Скорость в 11,2 км/с. дает возможность преодолеть кораблю земное притяжение для исследований планет нашей солнечной системы.
- Третья космическая. Придерживаясь скорости 16,650 км/с. можно преодолеть тяготение солнечной системы и покинуть её пределы.
- Четвертая космическая. Развив скорость 550 км/с. ракета способна улететь за пределы галактики.
Но как бы ни были велики скорости космических аппаратов, для межпланетных путешествий они слишком малы. При таких значениях до ближайшей звезды придется добираться 18 000 лет.
Как называется место откуда запускают в космос ракеты
Для успешного покорения космоса необходимы специальные стартовые площадки, откуда можно запускать ракеты в космическое пространство. В повседневном обиходе их называют космодромами. Но это простое название включает в себя целый комплекс строений, занимающий огромные территории: стартовый стол, помещения для конечного испытания и сборки ракеты, здания сопутствующих служб. Всё это расположено в отдалении друг от друга, чтобы при аварии не пострадали другие сооружения космодрома.
Заключение
Чем более совершенствуются космические технологии, тем более сложным становится строение и работа ракеты. Может через несколько лет, будут созданы новые аппараты, для преодоления притяжения Земли. И следующая статья будет посвящена принципам работы более совершенной ракеты.
Здравствуйте, если у вас есть вопросы о Международной космической станции и о том как она функционирует, то мы постараемся на них ответить.
При просмотре видео в Internet Explorer возможны проблемы, чтобы их устранить, используйте более современный браузер, например, Google Chrome или Mozilla.
Сегодня вы узнаете о таком интересном проекте НАСА как МКС онлайн web камера в hd качестве. Как вы уже поняли, эта веб камера работает в прямом эфире и в сеть идет видео напрямую с международной космической станции. На экране выше вы можете посмотреть на астронавтов и картинку космоса.
Вебкамера МКС установлена на обшивке станции и транслирует онлайн видео в круглосуточном режиме.
Хочу напомнить, что самый грандиозный объект в космосе, созданный нами это Международная космическая станция. Местонахождение её можно наблюдать на трекинге, который отображает её реальное положение над поверхностью нашей планеты. Орбита отображается в реальном времени у вас на компьютере, буквально 5-10 лет назад такое невозможно было представить.
Размеры МКС поражают: длина — 51 метр, ширина — 109 метров, высота — 20 метров, а вес — 417,3 тонны. Вес меняется в зависимости от того пристыкован ли к ней СОЮЗ или нет, хочу напомнить, что космические челноки Спейс Шаттл больше не летают, их программа свернута, а США пользуется нашими СОЮЗами.
Строение станции
Анимация процесса строительства с 1999 года по 2010 год.
Станция построена по принципу модульной структуры: различные сегменты были спроектированы и созданы усилиями стран–участниц. Каждый модуль имеет свою определенную функцию: например исследовательскую, жилую или приспособлен под хранилище.
3D модель станции
3D анимация строительства
В качестве примера возьмем Американские модули Unity, которые являются перемычками, а также служат для стыковки с кораблями. На данный момент станция состоит из 14 основных модулей. Их общий объемом 1000 кубометров, а вес около 417 тонн, на борту может постоянно находиться экипаж в количестве 6 или 7 человек.
Сборка станции происходила путем последовательной пристыковки к существующему комплексу очередного блока или модуля, который соединяется с уже функционирующими на орбите.
Если брать сведения за 2013 год, то в состав станции входит 14 основных модулей, из них российские — Поиск, Рассвет, Заря, Звезда и Пирс. Американские сегменты — Юнити, Купола, Леонардо, Транквилити, Дестени, Квест и Гармония, европейские — Коламбус и японский - Кибо.
На данной схеме показаны все основные, а также второстепенные модули, являющиеся частью станции (закрашенные), а планируемые для доставки в будущем — не закрашены.
Расстояние от Земли до МКС составляет от 413-429 км. Периодически станцию “поднимают” из-за того, что она потихоньку, за счет трения об остатки атмосферы, снижается. На какой высоте она находится зависит также от других факторов, например космического мусора.
Земля, яркие пятна — молнии
Недавний блокбастер “Гравитация” наглядно (хоть и слегка преувеличенно) показал, что может произойти на орбите если космические обломки пролетят в непосредственной близости. Также высота орбиты зависит от влияния Солнца, и других менее значительных факторов.
Существует специальная служба, которая следит за тем, чтобы высота полета МКС была наиболее безопасна и чтобы астронавтам ничего не угрожало.
Были случаи, когда из-за космического мусора приходилось менять траекторию, поэтому ее высота также зависит еще от неподвластных нам факторов. Траектория хорошо видна на графиках, заметно как станция пересекает моря и континенты, пролетая у нас буквально над головой.
Скорость движения по орбите
Космические корабли серии СОЮЗ на фоне Земли, снято с длительной выдержкой
Если вы узнаете с какой скоростью летит МКС, то вы ужаснетесь, это поистине гигантские цифры для Земли. Ее скорость на орбите составляет 27700 км/ч. Если быть точным, то скорость более чем в 100 раз больше, чем у стандартного серийного автомобиля. На один оборот у нее уходит 92 минуты. У космонавтов за 24 часа наступает 16 рассветов и закатов. Положение в реальном времени отслеживается специалистами из ЦУПа и центра управления полетами в Хьюстоне. Если вы смотрите трансляцию, то учтите, что космическая станция МКС периодически залетает в тень нашей планеты, поэтому возможны перебои с картинкой.
Статистика и интересные факты
Если брать первые 10 лет работы станции, то в общей сложности ее посетило около 200 человек в составе 28 экспедиций, этот показатель является абсолютным рекордом для космических станций (на нашей станции «Мир», до этого побывало “всего” 104 человека). Помимо рекордов пребывания, станция стала первым успешным примером коммерциализации космических полетов. Российское космическое агентство Роскосмос вместе с американской компанией Space Adventures впервые доставило на орбиту космических туристов.
Всего в космосе побывало 8 туристов, для которых каждый полет обошелся от 20 до 30 миллионов долларов, что в общем-то не так уж и дорого.
По самым скромным подсчетам, количество человек, которые могут отправится в настоящее космическое путешествие исчисляется тысячами.
В будущем, при массовых запусках, стоимость полета уменьшится, а количество желающих увеличится. Уже в 2014 году, частные компании предлагают достойную альтернативу таким полетам – суборбитальный челнок, полет на котором будет стоить значительно дешевле, требования к туристам не такие жесткие, а стоимость более доступная. С высоты суборбитального полета (порядка 100-140 км), наша планета предстанет перед будущими путешественниками поразительным космическим чудом.
Прямая трансляция это одно из немногих интерактивных астрономических событий которые мы видим не в записи, что весьма удобно. Помните, что онлайн станция доступна не всегда, возможны технические перерывы при пролете теневой зоны. Смотреть видео с МКС лучше всего с камеры которая направлена на Землю, когда еще представится такая возможность посмотреть нашу планету с орбиты.
Земля с орбиты выглядит поистине потрясающе, видны не только континенты, моря, и города. Также вашему вниманию представлены полярные сияния и огромные ураганы, которые из космоса выглядят поистине фантастично.
Чтобы вы имели хоть какое-то представление о том, как выглядит Земля с МКС посмотрите видео ниже.
Данный ролик показывает вид Земли из космоса и создан из снимков астронавтов, сделанных методом интервальной съемки. Очень качественное видео, смотрите только в качестве 720p и со звуком. Один из лучших роликов, смонтированный из снимков с орбиты.
Вебкамера в реальном времени показывает не только что за обшивкой, мы также можем наблюдать астронавтов за работой, например за разгрузкой СОЮЗов или их пристыковкой. Прямая трансляция иногда может прерываться когда канал перегружен или есть проблемы с передачей сигнала, например, в зонах ретрансляции. Поэтому если трансляция невозможна, то на экране показывается статичная заставка NASA или «синий экран».
Станция в лунном свете, видны корабли СОЮЗ на фоне созвездия Ориона и полярных сияний
Тем не менее, ловите момент чтобы посмотреть на вид с МКС онлайн. Когда экипаж отдыхает, пользователи глобальной сети интернет могут наблюдать как идет с МКС онлайн трансляция звездного неба глазами космонавтов — с высоты в 420 км над планетой.
Расписание работы экипажа
Чтобы рассчитать, когда космонавты спят или бодрствуют, необходимо помнить, что в космосе используется универсальное координированное время (UTC), которое зимой отстает от московского времени на три часа, а летом — на четыре и соответственно камера на МКС показывает это же время.
На сон астронавтам (или космонавтам, в зависимости от экипажа) отводится восемь с половиной часов. Подъем обычно начинается в 6.00, а отбой в 21.30. Существуют обязательные утренние доклады на Землю, которые начинаются примерно в 7.30 — 7.50 (это на американском сегменте), в 7.50 — 8.00 (на российском), а вечером с 18.30 до 19.00. Доклады астронавтов можно услышать, если в данный момент веб камера транслирует именно этот канал связи. Иногда можно услышать, как идет трансляция на русском.
Помните, что вы слушаете и смотрите служебный канал NASA, который изначально предназначался только для специалистов. Все изменилось в канун 10-тилетнего юбилея станции, и на МКС камера онлайн стала публичной. И, до сих пор, международная космическая станция онлайн.
Стыковка с космическими кораблями
Самые захватывающие моменты, которые транслирует web камера происходят, когда стыкуются наши «Союзы», «Прогрессы», японские и европейские грузовые космические корабли, а кроме этого происходит выход в открытый космос космонавтов и астронавтов.
Маленькая неприятность заключается в том, что загруженность канала в этот момент огромна, с МКС видео смотрят сотни и тысячи человек, нагрузка на канал увеличивается, и прямой эфир может идти с перебоями. Это зрелище, иногда, бывает поистине фантастически захватывающим!
Полет над поверхностью планеты
Кстати, если учитывать регионы пролета, а также интервалы нахождения станции в участках тени или света, мы можем сами планировать просмотр трансляции по графической схеме вверху этой страницы.
Но если вы можете уделить просмотрам только определенное время, помните, что вебкамера онлайн все время, так что вы всегда можете насладиться космическими пейзажами. Однако, смотреть ее лучше во время работы космонавтов или пристыковки корабля.
Происшествия, случившиеся за время работы
Несмотря на все меры предосторожности на станции, и с кораблями которые ее обслуживали, случались неприятные ситуации, из наиболее серьезных происшествий можно назвать катастрофу шаттла Коламбия, произошедшую 1 февраля 2003 года. Несмотря на то, что шаттл не производил стыковку со станцией, и проводил свою самостоятельную миссию, эта трагедия привела к тому, что все последующие полеты космических челноков были запрещены, и этот запрет был снят только в июле 2005 года. Из-за этого сроки завершения строительства увеличились, так как на станцию смогли летать только российские корабли «Союз» и «Прогресс», которые и стали единственным средством доставки людей и различных грузов на орбиту.
Также, в 2006 году, в российском сегменте произошло небольшое задымление, произошел отказ в работе компьютеров в 2001 году и два раза в 2007 году. Осень 2007 года для экипажа выдалась наиболее хлопотной, т.к. пришлось заниматься починкой солнечной батареи, которая сломалась при установке.
Международная космическая станция (фото получены астро-любителями)
Используя данные на этой странице, узнать где сейчас МКС, не составляет труда. Станция с Земли выглядит довольно ярко, так что ее можно наблюдать невооруженным глазом как звезду, которая движется, и довольно быстро, с запада на восток.
Станция снята на длинной выдержке
Некоторые любители астрономии умудряются даже получить фото МКС с Земли.
Выглядят эти снимки довольно качественно, на них можно даже рассмотреть пристыкованные корабли, а если осуществляется выход космонавтов в открытый космос, то и их фигурки.
Если вы собрались наблюдать ее в телескоп, то помните, что она движется довольно быстро, и лучше если у вас будет система наведения go-to, которая позволяет вести объект не упуская его из виду.
Где сейчас пролетает станция видно на графике выше
Если вы не знаете, как увидеть ее с Земли или у вас нет телескопа, выход это видео трансляция бесплатно и круглосуточно!
Информация предоставлена Европейским космическим агентством
По этой интерактивной схеме можно рассчитывать наблюдение пролета станции. Если погода соблаговолит и нет облаков, то Вы сможете сами увидеть обворожительное скольжение, станция которая является вершиной прогресса нашей цивилизации.
Нужно только помнить, что угол наклонения орбиты станции составляет примерно 51 градус, она пролетает над такими городами как Воронеж, Саратов, Курск, Оренбург, Астана, Комсомольска-на-Амуре). Чем севернее вы живете от этой линии, тем условия для того, чтобы увидеть ее своими глазами будут хуже или вообще станут не возможны. Фактически вы сможете ее увидеть только над горизонтом в южной части небосклона.
Если брать широту Москвы, то самое лучшее время для ее наблюдения — траектория, которая будет чуть выше 40 градусов над горизонтом, это после захода и перед восходом Солнца.
Была запущена в космическое пространство в 1998 году. На текущий момент вот уже почти семь тысяч суток денно и нощно лучшие умы человечества трудятся над решением сложнейших загадок в условиях невесомости.
Космическое пространство
Каждый человек, хотя бы раз увидевший этот уникальный объект, задавался логичным вопросом: какая высота орбиты международной космической станции? Вот только ответить на него односложно нельзя. Высота орбиты международной космической станции МКС зависит от многих факторов. Рассмотрим их подробнее.
Орбита МКС вокруг Земли снижается из-за воздействия разреженной атмосферы. Скорость уменьшается, соответственно, уменьшается и высота. Как снова устремиться вверх? Высота орбиты может меняться при помощи двигателей кораблей, которые пристыковываются к ней.
Различные высоты
За весь срок космической миссии было зарегистрировано несколько основных значений. Еще в феврале 2011 году высота орбиты МКС составляла 353 км. Все расчеты производятся по отношению к уровню моря. Высота орбиты МКС в июне того же года увеличилась до трехсот семидесяти пяти километров. Но и это был далеко не предел. Всего через две недели работники НАСА с удовольствием отвечали журналистам на вопрос «Какая высота орбиты МКС на текущий момент?» - триста восемьдесят пять километров!
И это не предел
Высота орбиты МКС все равно была недостаточна для сопротивления природному трению. Инженеры пошли на ответственный и очень рискованный шаг. Высота орбиты МКС должна была быть повышена до четырехсот километров. Но это событие случилось несколько позже. Проблема состояла в том, что только корабли поднимали МКС. Высота орбиты была ограничена для шаттлов. Лишь со временем ограничение было упразднено для экипажа и МКС. Высота орбиты с 2014 года превышала 400 километров над уровнем моря. Максимальное среднее значение было зафиксировано в июле и составило 417 км. В целом корректировки высоты проводятся постоянно для фиксации самого оптимального маршрута.
История создания
Еще в далеком 1984 г. правительство США вынашивало планы о необходимости запуска в ближайшем космосе масштабного научного проекта. В одиночку осуществить такое грандиозное строительство даже американцам было достаточно затруднительно и к разработке были подключены Канада и Япония.
В 1992 г. в кампанию была включена Россия. В начале девяностых в Москве планировали масштабный проект «Мир-2». Но экономические проблемы не дали осуществиться грандиозным планам. Постепенно количество стран-участников выросло до четырнадцати.
Бюрократические проволочки заняли более трех лет. Лишь в 1995 г. был принят эскиз станции, а еще через год - конфигурация.
Двадцатое ноября 1998 года стало выдающимся днем в истории всемирной космонавтики - первый блок был успешно доставлен на орбиту нашей планеты.
Сборка
МКС гениальна по своей простоте и функциональности. Станция состоит из независимых блоков, которые соединяются между собой как большой конструктор. Невозможно посчитать и точную стоимость объекта. Каждый новый блок изготавливается в отдельной стране и, конечно же, различается по цене. Всего таких частей можно присоединить огромное количество, таким образом, станция может постоянно обновляться.
Срок действия
В связи с тем, что блоки станции и их наполнение могут быть изменены и модернизированы неограниченное количество раз, МКС может долго бороздить просторы околоземной орбиты.
Первый тревожный звоночек прозвенел в 2011 году, когда из-за своей дороговизны была свернута программа «космический челнок».
Но страшного ничего не произошло. Грузы исправно доставлялись в космос другими кораблями. В 2012 к МКС даже успешно пристыковался частный челнок коммерческого назначения. Впоследствии аналогичное событие происходило неоднократно.
Угрозы для станции могут быть лишь политическими. Периодически официальные лица разных стран грозятся прекратить поддержку МКС. Сначала планы поддержния были расписаны до 2015 г., потом до 2020-го. На сегодняшний день ориентировочно существует договоренность поддерживать станцию до 2027 года.
А пока политики спорят между собой, МКС в 2016 году сделала стотысячный виток вокруг планеты, который оригинально назвали «Юбилейный».
Электричество
Сидеть в темноте, конечно, интересно, но иногда надоедает. На МКС каждая минута на вес золота, поэтому инженеры были крепко озадачены необходимостью обеспечения экипажа бесперебойной электрикой.
Было предложено множество различных идей, и в конце концов сошлись на том, что лучше солнечных батарей в космосе ничего быть не может.
При реализации проекта российская и американская сторона пошли разными путями. Так, генерация электроэнергии первой страны производится для системы в 28 вольт. Напряжение в американском блоке - 124 В.
За день МКС делает множество витков вокруг Земли. Один оборот - примерно полтора часа, сорок пять минут из которых проходят в тени. Конечно же, в это время генерация от солнечных панелей невозможна. Станцию питают никель-водородные аккумуляторные батареи. Срок работы такого устройства около семи лет. Последний раз их меняли в далеком 2009-м, так что очень скоро инженерами будет осуществлена долгожданная замена.
Устройство
Как ранее было написано, МКС представляет собой огромный конструктор, части которого легко соединяются между собой.
По состоянию на март 2017 года станция имеет четырнадцать элементов. Россия поставила пять блоков, названных «Заря», «Поиск», «Звезда», «Рассвет» и «Пирс». Американцы своим семи частям дали такие имена: «Юнити», «Дестини», «Транквилити», «Квест», «Леонардо», «Купола» и «Гармония». Страны Европейского Союза и Япония пока имеют в своем активе по одному блоку: «Коламбус» и «Кибо».
Части постоянно меняются в зависимости от поставленных перед экипажем задач. На подходе еще несколько блоков, которые значительно усилят исследовательские возможности членов экипажа. Наиболее интересны, конечно же, лабораторные модули. Часть из них имеют полную герметичность. Таким образом, в них можно исследовать абсолютно все, вплоть до инопланетных живых существ, без риска заражения для экипажа.
Другие блоки предназначены для генерации необходимых сред для нормальной жизнедеятельности человека. Третьи позволяют беспрепятственно выходить в космос и совершать исследования, наблюдения или ремонты.
Часть блоков не несут исследовательской нагрузки и используются в качестве хранилищ.
Проводимые исследования
Многочисленные исследования - собственно то, ради чего в далеких девяностых политики решили отправить в космос конструктор, стоимость которого на сегодняшний день оценивается более чем в двести миллиардов долларов. За эти деньги можно купить десяток стран и получить небольшое море в подарок.
Так вот, МКС имеет такие уникальные возможности, которых нет ни у одной земной лаборатории. Первое - наличие безграничного вакуума. Второе - фактическое отсутствие гравитации. Третье - опаснейшие не испорченные преломлением в земной атмосфере.
Исследователей хлебом не корми, а дай что-то поизучать! Они с радостью выполняют возложенные не них обязанности, даже невзирая на смертельный риск.
Больше всего ученых интересует биология. В эту сферу входит биотехнологии и медицинские исследования.
Другие ученые частенько забывают про сон, исследуя физические силы внеземного пространства. Материалы, квантовая физика - лишь часть исследований. Любимое занятие по откровениям многих - тестировать различные жидкости в условиях невесомости.
Опыты с вакуумом, вообще, могут проводиться вне блоков, прямо в открытом космосе. Земные ученые могут лишь по-хорошему завидовать, наблюдая за экспериментами по видеосвязи.
Любой человек на Земле отдал бы все за один выход в космос. Для работников станции это практически рутинное занятие.
Выводы
Несмотря на недовольные возгласы многих скептиков о бесперспективности проекта, ученые МКС сделали множество интереснейших открытий, которые позволили иначе посмотреть и на космос в целом, и на нашу планету.
Ежедневно эти смелые люди получают огромную дозу радиации, и все ради научных исследований, которые дадут человечеству невиданные ранее возможности. Можно лишь восхищаться их работоспособностью, смелостью и целеустремленностью.
МКС достаточно крупный объект, который можно увидеть и с поверхности Земли. Существует даже целый сайт, на котором можно ввести координаты своего города и система точно подскажет, в какое время можно будет попробовать лицезреть станцию, находясь в шезлонге прямо на своем балконе.
Конечно, у космической станции множество противников, но поклонников гораздо больше. А это значит, что МКС будет уверенно держаться на своей орбите в четыреста километров над уровнем моря и еще не раз покажет заядлым скептикам, как они ошибались в своих прогнозах и предсказаниях.
Солнечная система уже давно не представляет особого интереса для фантастов. Но, что удивительно, и у некоторых ученых наши «родные» планеты не вызывают особого вдохновения, хотя они еще практически не исследованы.
Едва прорубив окно в космос, человечество рвется в неведомые дали, причем уже не только в мечтах, как раньше.
Еще Сергей Королев обещал в скором времени полеты в космос «по профсоюзной путевке», но этой фразе уже полвека, а космическая одиссея по-прежнему удел избранных - слишком дорогое удовольствие. Однако же два года назад HACA запустило грандиозный проект 100 Year Starship,
который предполагает поэтапное и многолетнее создание научного и технического фундамента для космических полетов.
Эта беспрецедентная программа должна привлечь ученых, инженеров и энтузиастов со всего мира. Если все увенчается успехом, уже через 100 лет человечество будет способно построить межзвездный корабль, а по Солнечной системе мы будем перемещаться, как на трамваях.
Так какие же проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью?
ВРЕМЯ И СКОРОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНЫ
Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей, как это ни странно. И это при том, что совершенно нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным (для таких неведомых дорог) оснащением.
Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с ними уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды... через 2 миллиона лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.
Итак, независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Впрочем, это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.
«Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света, - писал К. Феоктистов, - время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше».
Согласно теории относительности, ход времени в двух движущихся одна относительно другой системах различен. Так как на больших расстояниях корабль успеет развить скорость очень близкую к скорости света, разница во времени на Земле и на корабле будет особенно велика.
Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) - наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.
Помните знаменитую «Туманность Андромеды» Ивана Ефремова? Там полет измеряется годами, причем земными. Красивая сказка, ничего не скажешь. Однако эта вожделенная туманность (точнее, галактика Андромеды) находится от нас на расстоянии 2,5 миллиона световых лет.
По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле-то пройдет целая эра. Как встретят космических «неадертальцев» их далекие потомки? Да и будет ли жива Земля вообще? То есть возвращение в принципе бессмысленно. Впрочем, как и сам полет: надо помнить, что мы видим галактику туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад - столько идет до нас ее свет. Какой смысл лететь к неизвестной цели, которой, может, уже давно и не существует, во всяком случае, в прежнем виде и на старом месте?
Значит, даже полеты со скоростью света обоснованны только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории, которая напоминает фантастику, правда, научную.
КОРАБЛЬ РАЗМЕРОМ С ПЛАНЕТУ
Естественно, в первую очередь ученым пришла мысль использовать в двигателе корабля наиболее эффективную термоядерную реакцию - как уже частично освоенную (в военных целях). Однако для путешествия в оба конца со скоростью, близкой к световой, даже при идеальной конструкции системы, требуется отношение начальной массы к конечной не менее чем 10 в тридцатой степени. То есть звездолет будет походить на огромный состав с топливом величиной с маленькую планету. Запустить такую махину в космос с Земли невозможно. Да и собрать на орбите - тоже, недаром ученые не обсуждают этот вариант.
Весьма популярна идея фотонного двигателя, использующего принцип аннигиляции материи.
Аннигиляция - это превращение частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. Наиболее изучена аннигиляция электрона и позитрона, порождающая фотоны, энергия которых и будет двигать звездолет. Расчеты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70% от скорости света.
Однако дальше начинаются сплошные проблемы. К сожалению, применить антивещество в качестве ракетного топлива очень непросто. Во время аннигиляции происходят вспышки мощнейшего гамма-излучения, губительного для космонавтов. Кроме того, контакт позитронного топлива с кораблем чреват фатальным взрывом. Наконец, пока еще нет технологий для получения достаточного количества антивещества и его длительного хранения: например, атом антиводорода «живет» сейчас менее 20 минут, а производство миллиграмма позитронов обходится в 25 миллионов долларов.
Но, предположим, со временем эти проблемы удастся разрешить. Однако топлива все равно понадобится очень-очень много, и стартовая масса фотонного звездолета будет сравнима с массой Луны (по оценке Константина Феоктистова).
ПОРВАЛИ ПАРУС!
Наиболее популярным и реалистичным звездолетом на сегодняшний день считается солнечный парусник, идея которого принадлежит советскому ученому Фридриху Цандеру.
Солнечный (световой, фотонный) парус - это приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.
В 1985 году американским физиком Робертом Форвардом была предложена конструкция межзвездного зонда, разгоняемого энергией микроволнового излучения. Проектом предусматривалось, что зонд достигнет ближайших звезд за 21 год.
На XXXVI Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолета, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия. По расчетам, путь звездолета этой конструкции до звезды эпсилон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.
«Маловероятно, что по данным, полученным в путешествиях по нашей Солнечной системе, мы сможем существенно продвинуться вперед в понимании мира, в котором мы живем. Естественно, мысль обращается к звездам. Ведь раньше подразумевалось, что полеты около Земли, полеты к другим планетам нашей Солнечной системы не являются конечной целью. Проложить дорогу к звездам представлялось главной задачей».Эти слова принадлежат не фантасту, а конструктору космических кораблей и космонавту Константину Феоктистову. По мнению ученого, ничего особо нового в Солнечной системе уже не обнаружится. И это при том, что человек пока долетел только до Луны...
Однако за пределами Солнечной системы давление солнечного света приблизится к нулю. Поэтому существует проект разгона солнечного парусника лазерными установками с какого-нибудь астероида.
Все это пока теория, однако первые шаги уже делаются.
В 1993 году на российском корабле «Прогресс М-15» в рамках роекта «Знамя-2» был впервые развернут солнечный парус 20-метровой ширины. При стыковке «Прогресса» со станцией «Мир» ее экипаж установил на борту «Прогресса» агрегат развертывания отражателя. В итоге отражатель создал яркое пятно 5 км в ширину, которое прошло через Европу в Россию со скоростью 8 км/с. Пятно света имело светимость, примерно эквивалентную полной Луне.
Итак, преимущество солнечного парусника - отсутствие топлива на борту, недостатки - уязвимость конструкции паруса: по сути, это тонкая фольга, натянутая на каркас. Где гарантия, что по дороге парус не получит пробоин от космических частиц?
Парусный вариант может подойти для запуска автоматических зондов, станций и грузовых кораблей, но непригоден для пилотируемых полетов с возвратом. Существуют и другие проекты звездолетов, однако они, так или иначе, напоминают вышеперечисленные (с такими же масштабными проблемами).
СЮРПРИЗЫ В МЕЖЗВЕЗДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Думается, путешественников во Вселенной поджидает множество сюрпризов. К примеру, едва высунувшись за пределы Солнечной системы, американский аппарат «Пионер-10» начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую слабое торможение. Высказывалось много предположений, вплоть до о неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Однозначного объяснения этому феномену до сих пор нет, рассматриваются самые различные гипотезы: от простых технических (например, реактивная сила от утечки газа в аппарате) до введения новых физических законов.
Другой аппарат, «Вояд-жер-1», зафиксировал на границе Солнечной системы область с сильным магнитным полем. В нем давление заряженных частиц со стороны межзвездного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Также аппарат зарегистрировал:
- рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвездного пространства;
- резкий рост уровня галактических космических лучей - высокоэнергетических заряженных частиц межзвездного происхождения.
Пространство между звездами не пустое. Везде есть остатки газа, пыли, частицы. При попытке движения со скоростью, близкой к скорости света, каждый столкнувшийся с кораблем атом будет подобен частице космических лучей большой энергии. Уровень жесткой радиации при такой бомбардировке недопустимо повысится даже при полетах к ближайшим звездам.
А механическое воздействие частиц при таких скоростях уподобится разрывным пулям. По некоторым расчетам, каждый сантиметр защитного экрана звездолета будет непрерывно обстреливаться с частотой 12 выстрелов в минуту. Ясно, что никакой экран не выдержит такого воздействия на протяжении нескольких лет полета. Или должен будет иметь неприемлемую толщину (десятки и сотни метров) и массу (сотни тысяч тонн).
Собственно, тогда звездолет будет состоять в основном из этого экрана и топлива, которого потребуется несколько миллионов тонн. В силу этих обстоятельств полеты на таких скоростях невозможны, тем паче, что по дороге можно нарваться не только на пыль, но и на что-то покрупнее, или попасть в ловушку неизвестного гравитационного поля. И тогда гибель опять-таки неминуема. Таким образом, если и удастся разогнать звездолет до субсветовой скорости, то до конечной цели он не долетит - слишком много препятствий встретится ему на пути. Поэтому межзвездные перелеты могут осуществляться лишь с существенно меньшими скоростями. Но тогда фактор времени делает эти полеты бессмысленными.
Получается, что решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света, нельзя. Бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механической конструкции.
КРОТОВАЯ НОРА
Фантасты, стараясь побороть неумолимое время, сочинили, как «прогрызать дырки» в пространстве (и времени) и «сворачивать» его. Придумали разнообразные гиперпространственные скачки от одной точки пространства до другой, минуя промежуточные области. Теперь к фантастам присоединились ученые.
Физики принялись искать экстремальные состояния материи и экзотические лазейки во Вселенной, где можно передвигаться со сверхсветовой скоростью вопреки теории относительности Эйнштейна.
Так появилась идея кротовой норы. Эта нора осуществляет смычку двух частей Вселенной подобно прорубленному тоннелю, соединяющему два города, разделенные высокой горой. К сожалению, кротовые норы возможны только в абсолютном вакууме. В нашей Вселенной эти норки крайне неустойчивы: они попросту могут сколлапсировать до того, как туда попадет космический корабль.
Однако для создания стабильных кротовых нор можно использовать эффект, открытый голландцем Хендриком Казимиром. Он заключается во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых колебаний в вакууме. Оказывается, вакуум не совсем пуст, в нем происходят колебания гравитационного поля, в котором спонтанно возникают и исчезают частицы и микроскопические кротовые норы.
Остается только обнаружить одну из нор и растянуть ее, поместив между двумя сверхпроводящими шарами. Одно устье кротовой норы останется на Земле, другое космический корабль с околосветовой скоростью переместит к звезде - конечному объекту. То есть звездолет будет как бы пробивать тоннель. По достижении звездолетом пункта назначения кротовая нора откроется для реальных молниеносных межзвездных путешествий, продолжительность которых будет исчисляться минутами.
ПУЗЫРЬ ИСКРИВЛЕНИЯ
Сродни теории кротовых нор пузырь искривления. В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре выполнил расчеты согласно уравнениям Эйнштейна и нашел теоретическую возможность волновой деформации пространственного континуума. При этом пространство будет сжиматься перед космическим кораблем и одновременно расширяться позади него. Звездолет как бы помещается в пузырь искривления, способный передвигаться с неограниченной скоростью. Гениальность идеи состоит в том, что космический корабль покоится в пузыре искривления, и законы теории относительности не нарушаются. Движется при этом сам пузырь искривления, локально искажающий пространство-время.
Несмотря на невозможность перемещаться быстрее света, ничто не препятствует перемещению пространства или распространению деформации пространства-времени быстрее света, что, как полагают, и происходило сразу после Большого взрыва при образовании Вселенной.
Все эти идей пока не укладываются в рамки современной науки, однако в 2012 году представители НАСА заявили о подготовке экспериментальной проверки теории доктора Алькубьерре. Как знать, может, и теория относительности Эйнштейна когда-нибудь станет частью новой глобальной теории. Ведь процесс познания бесконечен. А значит, однажды мы сможем прорваться чрез тернии к звездам.
Ирина ГРОМОВА