zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Понять баллистику с четвертой попытки
zelenyikot


Тема "ЭкзоМарса" не отпускает. Космический аппарат успешно движется к Марсу, а все российское космическое сообщество смеется над фразой журналистов NewsRu и "Эха Москвы" про разгонный блок "Бриз-М", который сумел "только с четвертой попытки" осуществить запуск аппаратов. Одним предложением авторы одновременно расписались в своей ангажированности и полном непонимании вопроса.



Баллистика космических полетов - это сложнейшая наука, полная математики, как и вся космонавтика. Однако я попытаюсь объяснить на пальцах, как сам понимаю, что же происходило в космосе 14 марта между 12:41, когда состоялся запуск ракеты "Протон-М", и 23:13, когда космический аппарат отделился от разгонного блока "Бриз-М".

Для начала некоторые азы орбитальной механики. Первая космическая скорость - это скорость, которую требуется набрать, чтобы выйти на орбиту вокруг какого-либо космического объекта. Выйти на орбиту - это значит лететь так быстро над его поверхностью чтобы не упасть на нее. Для Земли такая скорость составляет около восьми километров в секунду для низкой околоземной орбиты. Для кометы Чурюмова-Герасименко такая скорость около двух метров в секунду. Как можно догадаться, космическая скорость напрямую зависит от массы и силы притяжения объекта, вокруг которого мы пытаемся крутиться.

А еще, надеюсь, все знают, что с расстоянием сила притяжения падает. На высоте МКС, кстати, сила притяжения Земли составляет около 95% от той, что действует на нас с вами, и их невесомость родственна той, которая образуется в резко пикирующем самолете или падающем лифте. Собственно, орбитальный полет - это и есть постоянное падение.



Можно догадаться, что раз с расстоянием падает сила притяжения, медленнее будет орбитальная скорость когда мы летим дальше от объекта. Например, если б у Земли не было атмосферы, то для полета на уровне моря нам пришлось бы лететь со скоростью 7,9 км/с. На низкой околоземной орбите, там где не мешает атмосфера, уже хватает 7,81 км/с. А на геостационарной орбите, на высоте 36 тыс км, первая космическая равна 3,1 км/с.



Вторая космическая скорость - это та, которую требуется набрать чтобы покинуть окрестности тела, у которого мы крутились с первой космической. Для того чтобы стартовать с низкой околоземной орбиты Земли нужно разогнаться до 11,2 км/с.

И тут мы возвращаемся к "ЭкзоМарсу". Когда он стартовал на "Протоне", то вышел на суборбитальную траекторию, т.е. его скорость была меньше первой космической. Это норма, "Протон-М" уже 100 раз так делал. Дальше уже работа "Бриза-М".



Если бы у нас был небольшой спутник, и был запас по массе и габаритам, то можно было бы ломануться к Марсу напрямик - врубить форсаж и рвануть сразу до второй космической. Это мог бы сделать другой разгонный блок "ДМ". У него мощнее двигатель, зато топлива улетает больше. "Бриз-М" - это коммерческий разгонный блок, созданный в 90-е годы. Его задача с минимальными затратами вытянуть максимально большой груз. Поэтому "Бриз-М" в два раза меньше "ДМ". Но при этом вытягивает почти в полтора раза больше. И для этого он пользуется хитростями орбитальной баллистики под названием "Эффект Оберта".

Тут все просто...



Шучу. Сильно упрощая, можно сказать, что эти хитрости знает практически любой, у кого было нормальное дворовое детство. На качелях раскачивались? Помните как делать "солнышко"? Значит поймете как работает "Бриз-М" и зачем ему "четыре попытки". Вспомните, что нужно чтобы до большой скорости раскрутить качели. Чтобы провернуть их одним махом нужно быть штангистом или профессиональным гимнастом. Но "солнышко" доступно любому ловкому и достаточно смелому десятилетнему пацану, только ему потребуется больше времени и больше движений - совсем как "Бризу-М".

Итак, "ЭкзоМарс" на суборбитальной траектории, производители "Протона" принимают поздравления и пьют чай, а производители "Бриза" переходят на валерьянку. Первое включение двигателей - разгонный блок с космическим аппаратом достигают первой космической скорости и выходят на круговую орбиту.

Второе включение двигателей - круговая орбита превращается в эллиптическую, на одном краю эллипса аппарат все еще пролетает на низкой орбите, а на другом конце эллипса удаляется от планеты и... замедляется. Это первое "движение качелей". Теперь когда нам еще выгоднее поддать скорости? Вспоминаем дворовое детство. Когда качели летят вниз и набирают максимальную скорость.

Точно так же на этапе максимального ускорения, ближе всего к Земле, "Бриз-М" снова поддает газу. Быстро проносится у нас над головами и снова выключает двигатели - экономит топливо.



Но скорость прибавилась, эллипс увеличился, на дальнем его конце еще слабее сила притяжения, а на спуске выше скорость "падения" к Земле.

Снова сближение с планетой и четвертое включение двигателей. Вторая космическая преодолена, орбитальные качели набрали такую скорость, что срываются с оси и уносят своего "пилота" к Марсу.



На все эти движения и потребовалось почти одиннадцать часов. Работа "Бриза" выполнена. Он уносится в межпланетное пространство вместе с "ЭкзоМарсом". После отделения аппарата, "Бриз" вроде бы еще раз включал двигатели чтобы гарантированно не врезаться по пути в "ЭкзоМарс" или даже в Марс.

Так Россия справилась со своей миссией на этом этапе, и пополнила "Бризом" группировку рукотворных астероидов, вращающихся вокруг Солнца между Землей и Марсом.



Надеюсь теперь немного понятнее, как летают в космосе, и сколько инженерных и математических находок реализуется в космонавтике. За каждой операцией и каждой гайкой стоят десятки и тысячи человекочасов квалифицированной работы, которая обеспечивает изучение и освоение космоса.

Подробнее о процессе запуска "ЭкзоМарса" можно прочесть в блоге ESA.
О "Бризах" подробно рассказывал lozga, и вообще на него рекомендую подписаться всем, кому интересна космонавтика.

zelenyikot

promo zelenyikot декабрь 8, 2016 07:51 25
Buy for 800 tokens
Я не только пишу о космосе, но могу и рассказать о любимых темах для широкой или узкой аудитории. За последние два года я уже провел несколько десятков лекций во многих городах России. Часто приглашают на фестивали науки, профориентационные мероприятия для студентов, на конференции и выставки.…

Как же вы всё таки доступно объясняете =) Можно конечно изучить и целую книгу и физику, но для понимания для большинства людей отличное объяснение и такое. Круто, спасибо.

(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
Сравнение с качелями просто шикарное!

Жаль только неверное.

Класс! Очень доходчиво!
Вот только хохлам не говорите все это. А то мозг совсем закипит.

Что там Ресурс, всё ещё летит с одним крылом, если понимаешь о чём речь идёт?

"Йэху мацы" и "Нью сру" в своем репертуаре, неудивительно.

Эхо принадлежит Газпрому, между прочим. Т.е. фактически государству. Отсюда и ангажированность - иначе не умеют.



Edited at 2016-03-17 09:49 am (UTC)

сколько ж там добра летает-то!!!!

как бы это все обратно подсобрать?

Представьте Тихий океан. В него с одуванчика ветром занесло белые пушинки. Они сейчас плавают где-то там, на волнах Тихого океана. Как бы их подсобрать?

(Deleted comment)
А уж сколько попыток было у "Пионеров":) чтобы попробовать из СС вырваться:)

А сколько ? Интересно было бы почитать, но Википедия об этом умалчивает.

с качелями негодная аналогия, там толчок делают в нижней точке потому что она единственная доступная, в отличие от.

а если не касаясь ногами земли?)

Обязать бы каждого в школе пару часов поиграть в KSP - вопросы бы отпали на всю жизнь.

а диванных политиков - в Цивилизацию!)

Толково расписано.

Оффтоп: Есть новости о раскрытии панели на "Ресурсе"?

Уважаемый Кот! А вы не можете просветить вопрос с управлением TGO? В википедии на страничке EXOmars сказано "The mission operations and communications is led by ALTEC's Rover Control Centre in Italy". А на страничке TGO написано "Operator ESA, RKA". Наши могут принимать и отправлять информацию с TGO?

Учитывая, что ровер еще не собрали, Rover Control Centre пока сидит без работы. Спутник управляется из Дармштадта, где у ESA ЦУП. Спутниковые тарелки России будут использоваться при необходимости. Наши управляют своими приборами из Москвы.

Спасибо, я всегда думал что он просто по кругу раскручивается - весьма досадный пробел в моих знаниях.


Если "раскручиваться по кругу", то с постепенным увеличением скорости аппарат будет переходить на все более высокие орбиты, т.е. все равно получится спираль, а не круг. При таком способе разгона расходуется гораздо больше топлива.

Спасибо за статью!

Всё равно попытка четвёртая и ракета ржавая!!!1

И траектория кривая, хотя кратчайшее расстояние между двумя точками - это прямая. Все пропили !

(Deleted comment)
Без Путина хватило бы одного включения! Американцы бы подтолкнули, а так, из-за санкций, будем теперь круги нарезать. Да что ж за страна то такая!!!

Kратчайшее расстояние между двумя точками-точка

Да уж, у Эха Москвы туговато с космосом и физикой в целом. Одна Латынина с Челябинским метеоритом чего стоила. Теперь вот новый перл.

Справедливости ради, как раз в том случае Латынина хотя бы задним числом включила здравый смысл и попыталась тот свой бред аннулировать. По моим наблюдениям, это в наши дни явление даже более редкое, чем сам метеорит!

?

Log in

No account? Create an account