מנהרות חלל וברזל על הראש או למה אנחנו צריכים את הקוסמודרום ווסטוצ'ני

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

לפני כמה ימים התבקשתי להתייעץ באינפוגרפיקה של RIA נובוסטי, המוקדשת להשקה הראשונה מהקוסמודרום ווסטוצ'ני. ויהיה פישוט אחד גדול בגלל מגבלות הפורמט של החומר. למעשה, אנחנו לא צריכים את הקוסמודרום ווסטוצ'ני מכיוון שרוב השיגורים האזרחיים מתרחשים מקוסמודרום בייקונור.

אבל כדי להסביר למה אנחנו צריכים את זה, נצטרך לספר למה אפשר להשוות מסלול של חללית למנהרה, וגם להסביר איזה סוג של "ברזל" נופל מהשמים, ועל מי הוא נופל.

מנהרה בשמיים

הפיזיקה של תנועת מסלול היא מנוגדת לחלוטין לאינטואיציה. במקום זאת, זה ההפך ממה שאדם רגיל מדמיין. ואפילו סרטים טובים, שלכאורה שואפים לריאליזם, נותנים מושג שגוי לחלוטין לגבי איך לוויינים וחלליות טסים. זוכרים את "כוח המשיכה", שבאופן מפורסם טס מהאבל ל-ISS, ולאחר מכן לתחנה הסינית? גם אם נזרוק את ההבדל בגבהים במסלול, פרמטר אחד של תנועת מסלול הורג אפילו את הסיכוי הקטן ביותר לטיסות כאלה. פרמטר זה נקרא "נטיית מסלול".

נטייה למסלול היא הזווית בין מישור מסלול הלוויין למישור קו המשווה (עבור לוויין כדור הארץ)

לדוגמה, במקרה של "כוח משיכה" התמונה תהיה כך:

והעובדה שמטוסי המסלולים אינם חופפים כלל אינה בעיה. הצרה האמיתית היא שעבור מסלול מעגלי נמוך (והאבל, ISS, טיאנגונג והמסה של לוויינים אחרים הם מסלול מעגלי נמוך), השינוי בנטייה יקר מאוד. כדי "לסובב" את המסלול ב-45 מעלות, נצטרך לשנות את המהירות שלנו בכ-8 קמ"ש, באותה כמות שהיינו צריכים כדי להיכנס למסלול. ושינוי המהירות הוא בזבוז של דלק ואיפוס שלבים. כלומר, אם רקטה במסה של 300 טון מכניסה 7 טון למסלול, אז לאחר שינוי בנטייה ב-45 מעלות, יישארו רק 150 ק"ג. למעשה, כל מסלול טס בתוך מנהרה בלתי נראית, שקוטרה תלוי ביכולתו לשנות את מהירותו. לכן, בעת שיגור לוויינים מנסים להביא אותם מיד לנטייה הרצויה.

כבישים טרופים

באיזו נטייה משתמשים במסלולים קיימים? ישנם לוויינים רבים במסלול כדור הארץ כעת:

אם תסתכלו היטב, תוכלו לראות שיש יותר לוויינים בחלק מהמסלולים. הנה תמונה המציגה את תנועת הלוויינים ביחס לכדור הארץ:

מסלול גיאוסטציוני (ירוק). זהו מסלול מעגלי בגובה של 36,000 ק מ ובנטייה של 0 מעלות. הלוויין שעליו ממוקם מעל נקודה אחת על פני כדור הארץ, לכן, בתמונה, המסלול הגיאוסטציונרי הנכון מצוין על ידי נקודה ירוקה. לולאות ירוקות הן לוויינים פגומים או חסר דלק. המסלול הגיאוסטציונרי נמצא תחת השפעה מטרידה של הירח, ואתה צריך לבזבז דלק רק כדי להישאר במקום. המסלול הזה מאוכלס בלווייני תקשורת, שהם רווחיים, ולכן כבר קשה למצוא בו מקומות פנויים.

מסלולי GLONAS / GPS (כחול ואדום). למסלולים אלה יש גובה של כ-20,000 קילומטרים ונטייה סביב 60 מעלות. כפי שהשם מרמז, הם נושאים לווייני ניווט.

מסלולי קוטב (צהוב). מסלולים אלה נוטים באזור של 90 מעלות והגובה הוא בדרך כלל לא יותר מ-1000 ק"מ. במקרה זה, הלוויין יטוס מעל הקטבים בכל סיבוב ויראה את כל שטח כדור הארץ. תת-מין נפרד של מסלולים כאלה הם מסלולים סינכרוניים לשמש בגובה של 600-800 ק"מ ובנטייה של 98 מעלות, שבהם לוויינים עפים על חלקים שונים של כדור הארץ באותו זמן מקומי בערך.למסלולים אלה יש ביקוש ללוויינים מטאורולוגיים, מיפוי וסיור.

בנוסף, יש לציין את מסלול ה-ISS עם גובה של 450 ק מ ונטייה של 51.6 מעלות.

גיאוגרפיה חסרת לב

טוב, טוב, הבנו את מצבי הרוח, יגיד הקורא. ואיפה הקוסמודרום? העובדה היא שיש חוק פיזיקלי כל כך לא נעים:

הנטייה הראשונית של המסלול לא יכולה להיות פחות מקו הרוחב של הקוסמודרום

למה? הכל מתבהר אם נשרטט את מסלול הלוויין על מפת כדור הארץ:

אם אנחנו, החל מבייקונור, מתחילים להאיץ מזרחה, אז נקבל מסלול עם נטייה של קו רוחב בייקונור, 45 מעלות (אדום). אם נתחיל להאיץ לצפון מזרח אז הנקודה הצפונית ביותר של המסלול תהיה צפונית לבייקונור, כלומר, הנטייה תהיה גדולה יותר (צהובה). אם ננסה לרמות ולהתחיל להאיץ לדרום מזרח, אז למסלול המתקבל עדיין תהיה הנקודה הצפונית ביותר מצפון לבייקונור, ושוב, נטייה גדולה יותר (כחול).

אבל מסלול כזה הוא בלתי אפשרי פיזית, כי הוא לא עובר דרך מרכז המסה של כדור הארץ. ליתר דיוק, אי אפשר לטוס עם מנוע כבוי. אתה יכול להיות במסלול כזה זמן מה כשהמנוע פועל, אבל הדלק יגמר מהר מאוד.

לפיכך, אם ברצוננו לשגר לוויינים למסלול גיאוסטציונרי שלא מקו המשווה, עלינו לאפס איכשהו את נטיית המסלול, ולצרוך דלק. העלויות הללו הן שמסבירות מדוע אותה רקטת Soyuz-2.1a משגרת בהצלחה לוויינים למסלול גיאוסטציוני מקוסמודרום Kuru ליד קו המשווה, אך אינה משמשת למשימות אלו מבייקונור.

רוסיה היא מדינה צפונית. ואם ניתן לשגר לוויינים בבטחה למסלולי קוטב ולמסלולי GLONASS מ-Plesetsk, שנמצאת בקו רוחב של 63 מעלות, אז עבור מסלול גיאוסטציונרי, ככל שהקוסמודרום ממוקם דרומה יותר, כך ייטב. וכאן נכנסת לתוקף הבעיה השנייה - לא כל טריטוריה מתאימה לקוסמודרום.

דרוך על קומפול

כל הרקטות המודרניות, כאשר משגרות לוויין, מפילות שלבים מושקעים ויריעות אף הנופלות לכדור הארץ. אם אתר ההתרסקות נמצא במדינה אחרת, עליך לנהל משא ומתן עם אותה מדינה עבור כל השקה. לכן, למשל, הנטייה המינימלית של קוסמודרום בייקונור אינה 45 מעלות, אלא 51 מעלות, כי אחרת השלב השני ייפול לסין:

ובמקום בו נפל השלב הראשון, אתה צריך לנהל משא ומתן עם קזחסטן ולשלם עבור השימוש באזורים האלה. לפעמים מתעוררות בעיות ושיגור לוויינים מתעכב. אזורי הנפילה צריכים להיות מנוכרים די גדולים:

ובחלק האירופי של רוסיה אין מקומות טובים לקוסמודרום. שיחקתי עם המפות, בקווקז אפשר להתחמק ולנסות לשגר מאזור מוזדוק, אבל גם אז תצטרכו לנסות כדי שהשלבים השניים לא יפלו לקזחסטן. אם תשגרו רקטה מחצי האי קרים, השלב הראשון ייפול לאזורים מיושבים ליד רוסטוב על הדון, והשלב השני ישאף שוב ליפול לתוך קזחסטן. וזה לא לוקח בחשבון את בעיות התשתית בשתי האפשרויות. על רקע זה, תסתכל על הנטיות הזמינות עבור נמלי חלל בארה ב ותצטער על חוסר הלב של הפיזיקה והגיאוגרפיה.

אבל יש לנו גם חוף מזרחי. ואם נמקם שם את הקוסמודרום, אזי ניתן יהיה למצוא אזורים מרוחקים לנפילת השלבים המושקעים עבור הנטיות המבוקשות ביותר: 51, 6° (ל-ISS ומסלול גיאוסטציונרי), 64, 8° (GLONASS, כמה לווייני חישה של כדור הארץ), 98 מעלות (למסלול קוטבי).

שוב תזה

הקוסמודרום של ווסטוצ'ני יאפשר לנו לשגר מטענים למסלול הגיאוסטציונרי ול-ISS ללא צורך לתאם שיגורים אלה עם מדינות אחרות ולשלם להם עבור השימוש באזורי ההחרגה. הוא ממוקם בחלק הדרומי של המדינה ומספק נטייה מסלולית ראשונית לא גרועה מבייקונור. זה לא הגיוני לבנות מתחם שיגור לרכב השיגור החדש אנגרה בבייקונור (שוב תיאום שיגורים ואזורי התרסקות), אבל מווסטוצ'ני הוא יספק לא פחות מטען.

דבר קטן ונחמד: מתחם השיגור החדש עם מגדל שירות, כמו ב-Kourou, יאפשר שיגור מטענים מערביים, אותם יש להרכיב על רכב השיגור במצב זקוף.

בונוס הוא גם פיתוח תשתיות, דחיפה לפיתוח השטח, עיר מדע וכדומה.

UPD: אינפוגרפיקה החוצה. חבל, לא הספקנו לשרטט מחדש את מיקום הלוויינים. בכל זאת בקצרה רבה, ניסינו להסביר מה כתוב כאן. לדעתי יצא יפה.