Forwarded from Летняя Космическая Школа (Sofya Krylova)
Первый раз на Летней Космической Школе мы представляем раздел астрофизики и астрономии, изучающий ближайшую к нам звезду — Солнце, и её взаимодействие с тем, что заполняет пространство Солнечной системы: потоками заряженных частиц, космической пылью, метеороидами, астероидами и кометами.
Солнечная активность напрямую влияет на нашу жизнь на Земле: магнитные бури приводят к помехам связи и повреждениям наземной инфраструктуры, усиление солнечного ветра влияет на спутники в космосе и угрожает здоровью космонавтов. Узнать о том, как сложные процессы в солнечной и космической плазме порождают мощнейшие вспышки и выбросы вещества в космос, как запутаны и разнообразны солнечно-земные связи вы можете на секции Гелиофизики и межпланетной среды ЛКШ-2024
Среди практических заданий:
🟡 наблюдение Солнца в телескоп;
🟡 мониторинг солнечных вспышек, корональных выбросов массы и вызываемых ими магнитных бурь и полярных сияний;
🟡 исследование магнитного поля Солнца в активных областях;
🟡 анализ колебаний солнечных корональных петель;
🟡 изучение метеоритного вещества Солнечной системы и космической пыли.
В этом году на ЛКШ две астрофизические секции: гелиофизика и планетные исследования. Среди лекторов Школы:
🟡 Дмитрий Вибе, ИНАСАН — расскажет о космической химии, о химическом составе Солнечной системы и откуда в космосе органические молекулы;
🟡 Владимир Сурдин, ГАИШ МГУ — вступит с лекцией «Солнечная система и её население»: об истории открытия и изучения небесных тел в Солнечной системе, характеристиках и классификации планет, астероидов и комет;
🟡 Алексей Семихатов, ФИАН — расскажет о том, как учёные смогли раскрыть законы движения планет и обобщить их на всё, что движется, на лекции «Открытие Вселенной силой мысли»;
🟡 Алёна Нечаева, ИКИ РАН, руководитель секции, от которой вы узнаете о физике солнечной плазмы, строении звезды, источниках солнечной энергии и проявлениях солнечной активности;
🟡 Андрей Малыхин, ИКИ РАН — прочитает лекции о гелиосфере и солнечном ветре, о магнитосферах планет и авроральных явлениях;
🟡 Кирилл Лоренц, ГЕОХИ РАН — выступит с лекцией о классификации метеоритного вещества и видах метеоритов
🟡 Тимур Крячко, астроном, охотник за метеоритами, расскажет о пути от астероидов к метеоритам: как энтузиасты собирают метеориты и помогают учёным открывать прошлое Солнечной системы.
Регистрация: https://space-school.org/letnyaya-kosmicheskaya-shkola-2024/registratciya
Солнечная активность напрямую влияет на нашу жизнь на Земле: магнитные бури приводят к помехам связи и повреждениям наземной инфраструктуры, усиление солнечного ветра влияет на спутники в космосе и угрожает здоровью космонавтов. Узнать о том, как сложные процессы в солнечной и космической плазме порождают мощнейшие вспышки и выбросы вещества в космос, как запутаны и разнообразны солнечно-земные связи вы можете на секции Гелиофизики и межпланетной среды ЛКШ-2024
Среди практических заданий:
🟡 наблюдение Солнца в телескоп;
🟡 мониторинг солнечных вспышек, корональных выбросов массы и вызываемых ими магнитных бурь и полярных сияний;
🟡 исследование магнитного поля Солнца в активных областях;
🟡 анализ колебаний солнечных корональных петель;
🟡 изучение метеоритного вещества Солнечной системы и космической пыли.
В этом году на ЛКШ две астрофизические секции: гелиофизика и планетные исследования. Среди лекторов Школы:
🟡 Дмитрий Вибе, ИНАСАН — расскажет о космической химии, о химическом составе Солнечной системы и откуда в космосе органические молекулы;
🟡 Владимир Сурдин, ГАИШ МГУ — вступит с лекцией «Солнечная система и её население»: об истории открытия и изучения небесных тел в Солнечной системе, характеристиках и классификации планет, астероидов и комет;
🟡 Алексей Семихатов, ФИАН — расскажет о том, как учёные смогли раскрыть законы движения планет и обобщить их на всё, что движется, на лекции «Открытие Вселенной силой мысли»;
🟡 Алёна Нечаева, ИКИ РАН, руководитель секции, от которой вы узнаете о физике солнечной плазмы, строении звезды, источниках солнечной энергии и проявлениях солнечной активности;
🟡 Андрей Малыхин, ИКИ РАН — прочитает лекции о гелиосфере и солнечном ветре, о магнитосферах планет и авроральных явлениях;
🟡 Кирилл Лоренц, ГЕОХИ РАН — выступит с лекцией о классификации метеоритного вещества и видах метеоритов
🟡 Тимур Крячко, астроном, охотник за метеоритами, расскажет о пути от астероидов к метеоритам: как энтузиасты собирают метеориты и помогают учёным открывать прошлое Солнечной системы.
Регистрация: https://space-school.org/letnyaya-kosmicheskaya-shkola-2024/registratciya
Низменность Спутника (Sputnik Planitia) на Плутоне — одно из самых интересных образований в Солнечной системе. Это гигантская котловина каплевидной формы размером примерно 1400х1200 км, заполненная азотным льдом и окруженная с северо-запада хаотичными, угловатыми горами аль-Идриси*, на западе и юго-западе с горами Тенцинга и Хиллари**, за которыми лежит сильно кратированное древнее плато Викинга. На востоке котловина граничит c темным регионом Сафронова*** и более светлым, сильно изрытым безымянным плато.
Низменность находится внутри огромного региона Томбо****, имеющего форму сердца, который был виден на самых первых снимках Плутона. Первоначальное название — Равнина спутника (Sputnik Planum), было изменено после обработки топографических данных, которые показали, что весь регион лежит на несколько километров ниже среднего уровня поверхности Плутона.
Наиболее вероятная версия образования Низменности — столкновение Плутона с астероидом диаметром несколько сотен километров в относительно недавнем прошлом (десятки миллионов лет назад). Оценка диаметра астероида-импактора росла с 150-300 км в статьях 2016 года до ~800 км в последних исследованиях, которые учитывают возможное наличие у Плутона подледного океана.
Как Плутон, диаметр которого 2376 км, мог бы выдержать такое столкновение, которое по масштабам диаметров объектов (1:3 и 1:2) сравнимо с гигантским столкновением Земли и Тейи, породившем Луну?
Ответ не так очевиден: дело в том, что для оценки скорости столкновения небесных тел есть очень удобная и хорошо известная величина — это вторая космическая скорость . Эта величина одновременно задает и скорость, которую нужно набрать, чтобы выйти из сферы влияния планеты, и также скорость, до которой разгонится любое падающее с большого расстояния на планету тело. У Плутона вторая космическая скорость всего 1,2 км/с. В упомянутой статье 2024 года рассматривались скорости столкновения от 1 до 1,4v2, Т.е. до 1,7 км/c. При таких скоростях столкновение с льдистым астероидом дает достаточно скромные величины энерговыделения.
* - в честь Мухаммада аль-Идриси, арабского географа
** - в честь шерпы Тенцинга Норгея и альпиниста сэра Эдмунда Хиллари, первыми покоривших Эверест
*** - в честь астронома Виктора Сафронова
**** - в честь астронома Клайда Томбо - первооткрывателя Плутона
#солнечнаясистема
Низменность находится внутри огромного региона Томбо****, имеющего форму сердца, который был виден на самых первых снимках Плутона. Первоначальное название — Равнина спутника (Sputnik Planum), было изменено после обработки топографических данных, которые показали, что весь регион лежит на несколько километров ниже среднего уровня поверхности Плутона.
Наиболее вероятная версия образования Низменности — столкновение Плутона с астероидом диаметром несколько сотен километров в относительно недавнем прошлом (десятки миллионов лет назад). Оценка диаметра астероида-импактора росла с 150-300 км в статьях 2016 года до ~800 км в последних исследованиях, которые учитывают возможное наличие у Плутона подледного океана.
Как Плутон, диаметр которого 2376 км, мог бы выдержать такое столкновение, которое по масштабам диаметров объектов (1:3 и 1:2) сравнимо с гигантским столкновением Земли и Тейи, породившем Луну?
* - в честь Мухаммада аль-Идриси, арабского географа
** - в честь шерпы Тенцинга Норгея и альпиниста сэра Эдмунда Хиллари, первыми покоривших Эверест
*** - в честь астронома Виктора Сафронова
**** - в честь астронома Клайда Томбо - первооткрывателя Плутона
#солнечнаясистема
Сегодня день рождения у Павла Шубина — писателя и историка отечественной космонавтики. Работа Павла выделяется вниманием к деталям, новыми фактами и архивными материалами.
Павел, от души поздравляем, желаем энергии и сил для продолжения работы над новыми замечательными книгами!
Павел, от души поздравляем, желаем энергии и сил для продолжения работы над новыми замечательными книгами!
Форма Фау-2
Разнообразие форм ранних ракет не может не удивлять: в 20-е и 30-е годы прошлого века над созданием ракетной техники работало несколько групп в разных странах. ГИРД в СССР, ARS в США, программа «Агрегат» в Германии.
Среди этих ракет немецкая А4 (будущая Фау-2) выделяется своей характерной «футуристической» формой.
Но откуда эта форма взялась?
Ответ можно угадать, задумавшись над тем, что даже ранние ракеты должны были двигаться очень быстро и испытывать сопротивление воздуха. Точно так же, как артиллерийские снаряды и винтовочные пули. Характерная форма Фау-2 определяется двумя коническими секциями, радиус закругления которых в 12.5 раз больше калибра (максимального диаметра корпуса) ракеты.
Все группы, создававшие ранние ракеты, были хорошо знакомы с практическими приложениями аэродинамики к артиллерии и, более того, если взять иллюстрации из учебников по баллистике начала 20-тых годов*, в них можно найти пример торпедообразной формы как оптимальной для сверхзвуковых снарядов. И можно догадаться, почему группа Вернера фон Брауна выбрала форму с самым большим отношением радиуса к калибру: их ракета должна была лететь со скоростью 1.6 км в секунду — быстрее, чем подавляющее большинство артиллерийских снарядов эпохи** — и при этом стабилизироваться за счет рулей, а не вращения.
У ракет ГИРД и ARS существенно меньший радиус закругления и большая длина цилиндрической части корпуса объясняются гораздо меньшей скоростью, на которую рассчитывались эти ракеты.
* - например, «Нandbook on ballistics», Сranz, 1921: на странице 82 «торпеда» идет как наиболее удачная форма снаряда под номером V.
** - за исключением Парижской пушки — это сверхдальнобойное орудие с дальностью стрельбы 120 км применялось немцами для обстрела Парижа во время Первой мировой войны. Ее снаряды при калибре 210 мм имели длину 1050 мм и разгонялись до скорости 1640 м/с после выстрела.
#современнаякосмонавтика
Разнообразие форм ранних ракет не может не удивлять: в 20-е и 30-е годы прошлого века над созданием ракетной техники работало несколько групп в разных странах. ГИРД в СССР, ARS в США, программа «Агрегат» в Германии.
Среди этих ракет немецкая А4 (будущая Фау-2) выделяется своей характерной «футуристической» формой.
Но откуда эта форма взялась?
Все группы, создававшие ранние ракеты, были хорошо знакомы с практическими приложениями аэродинамики к артиллерии и, более того, если взять иллюстрации из учебников по баллистике начала 20-тых годов*, в них можно найти пример торпедообразной формы как оптимальной для сверхзвуковых снарядов. И можно догадаться, почему группа Вернера фон Брауна выбрала форму с самым большим отношением радиуса к калибру: их ракета должна была лететь со скоростью 1.6 км в секунду — быстрее, чем подавляющее большинство артиллерийских снарядов эпохи** — и при этом стабилизироваться за счет рулей, а не вращения.
У ракет ГИРД и ARS существенно меньший радиус закругления и большая длина цилиндрической части корпуса объясняются гораздо меньшей скоростью, на которую рассчитывались эти ракеты.
* - например, «Нandbook on ballistics», Сranz, 1921: на странице 82 «торпеда» идет как наиболее удачная форма снаряда под номером V.
** - за исключением Парижской пушки — это сверхдальнобойное орудие с дальностью стрельбы 120 км применялось немцами для обстрела Парижа во время Первой мировой войны. Ее снаряды при калибре 210 мм имели длину 1050 мм и разгонялись до скорости 1640 м/с после выстрела.
#современнаякосмонавтика
Космический корабль «Старлайнер» вернулся на Землю в беспилотном режиме. Его экипаж остался на МКС и пробудет там до весны 2025 года.
А что будет, если все, кто улетел в космос, будут там оставаться? Какого размера должна быть космическая станция, чтобы вместить все 8 миллиардов людей в мире?
Объем МКС (общий) равен примерно 1000 куб. метрам (включая внешнюю ферму и необитаемые конструкции), МКС может обеспечивать экипаж из 10-ти человек, соответственно, нам надо 800 миллионов МКС. Их можно собрать в кубообразную конструкцию с ребром примерно 100х100 километров. Но для работы бортовых систем нужна энергия, которую должны давать солнечные батареи, а значит, вместо куба МКСы лучше поместить в узлах гигантской губки Менгера размером около 700 км. Станцию такого размера очень сложно разместить на низкой орбите, так как, при ее величине, влияние сил притяжения на МКС в различных узлах будет совершенно разным, и конструкция разрушится из-за приливных сил. Поэтому идеальное место для жизни всего человечестве на МКС будет в точке Лагранжа Л1 и Л2 системы Земля-Луна.
Чтобы перевезти все население Земли на МКС, понадобится примерно 80 миллионов запусков «Старшипа», при условии, что каждый запуск сможет доставить 100 пассажиров.
#человеквкосмосе
А что будет, если все, кто улетел в космос, будут там оставаться? Какого размера должна быть космическая станция, чтобы вместить все 8 миллиардов людей в мире?
Объем МКС (общий) равен примерно 1000 куб. метрам (включая внешнюю ферму и необитаемые конструкции), МКС может обеспечивать экипаж из 10-ти человек, соответственно, нам надо 800 миллионов МКС. Их можно собрать в кубообразную конструкцию с ребром примерно 100х100 километров. Но для работы бортовых систем нужна энергия, которую должны давать солнечные батареи, а значит, вместо куба МКСы лучше поместить в узлах гигантской губки Менгера размером около 700 км. Станцию такого размера очень сложно разместить на низкой орбите, так как, при ее величине, влияние сил притяжения на МКС в различных узлах будет совершенно разным, и конструкция разрушится из-за приливных сил. Поэтому идеальное место для жизни всего человечестве на МКС будет в точке Лагранжа Л1 и Л2 системы Земля-Луна.
Чтобы перевезти все население Земли на МКС, понадобится примерно 80 миллионов запусков «Старшипа», при условии, что каждый запуск сможет доставить 100 пассажиров.
#человеквкосмосе
Помните это ощущение, когда волосы прилипают к расческе и затем отрываются от нее с легким треском? Или когда зимой, снимая одежду, вы вдруг чувствуете легкий удар тока?
Это разряды статического электричества. Одна из основных причин появления статического заряда — трение, а его накоплению сильно способствует низкая влажность воздуха (или вообще отсутствие атмосферы).
Статический заряд может быть большой проблемой для объектов, которые быстро движутся через среду. Например, для сброса статики на крыльях самолетов устанавливаются электростатические разрядники (их работу можно увидеть в этом видео на 00:35).
А как быть космическим кораблям, которые движутся в безвоздушном пространстве и активно накапливают статический заряд, взаимодействуя с земной ионосферой и магнитным полем? Разряд может привести к выходу из строя оборудования спутника (на прикрепленных картинках видно повреждение солнечных батарей и панели корпуса от статического разряда) и особенно опасен для космонавтов, выполняющих работы снаружи космической станции.
Один из способов избавиться от накопленного космическим аппаратом статического заряда — превратить сам вакуум в проводник! Сделать это можно с помощью электронной или ионной «пушки», которая буквально сбросит излишек заряда за борт.
На основной ферме Международной космической станции расположено две таких «пушки», которые называются Plasma Contactor Unit (PCU). Они способны сбрасывать заряд током от 0.01 до 10 ампер.
#современнаякосмонавтика
Это разряды статического электричества. Одна из основных причин появления статического заряда — трение, а его накоплению сильно способствует низкая влажность воздуха (или вообще отсутствие атмосферы).
Статический заряд может быть большой проблемой для объектов, которые быстро движутся через среду. Например, для сброса статики на крыльях самолетов устанавливаются электростатические разрядники (их работу можно увидеть в этом видео на 00:35).
А как быть космическим кораблям, которые движутся в безвоздушном пространстве и активно накапливают статический заряд, взаимодействуя с земной ионосферой и магнитным полем? Разряд может привести к выходу из строя оборудования спутника (на прикрепленных картинках видно повреждение солнечных батарей и панели корпуса от статического разряда) и особенно опасен для космонавтов, выполняющих работы снаружи космической станции.
Один из способов избавиться от накопленного космическим аппаратом статического заряда — превратить сам вакуум в проводник! Сделать это можно с помощью электронной или ионной «пушки», которая буквально сбросит излишек заряда за борт.
На основной ферме Международной космической станции расположено две таких «пушки», которые называются Plasma Contactor Unit (PCU). Они способны сбрасывать заряд током от 0.01 до 10 ампер.
#современнаякосмонавтика
Как орбитальная механика помогает летать через радиационные пояса Земли?
Магнитное поле Земли — одна из причин, по которой вы можете читать этот канал. Оно отклоняет и улавливает солнечный ветер и космические лучи, не дает им уносить атмосферу, включая озоновый слой, который защищает нас от губительной ультрафиолетовой радиации.
Пойманные геомагнитным полем заряженные частицы собираются в области, имеющей форму гигантского бублика (тора) с внутренним радиусом ~1000 км и внешним ~60000 км. Из-за разности в массе и энергии, внутренняя часть региона заполнена в основном протонами, а внешняя — электронами, и они называются внутренний и внешний радиационные пояса Земли. Заряженные частицы располагаются в поясах неравномерно: наиболее опасные высокоэнергичные собираются ближе к центру тора. Чем дальше от центра — тем меньше поток частиц и ниже их энергия.
Если бы мы могли увидеть радиационные пояса на небе, они простирались бы на ~65° на север и юг от небесного экватора. Поэтому полет за пределы низкой околоземной орбиты будет практически всегда пересекать радиационные пояса. Для автоматических межпланетных станций и космических аппаратов это не проблема — их оборудование делается радиационно-стойким. Для пилотируемых полетов это представляет потенциальную опасность.
Но есть хорошие новости: наиболее опасная для пилотируемых кораблей зона — это центральный регион внутреннего пояса, и его можно обойти траекториями с наклонением от 30° и выше. При полетах к Луне это возможно даже для компланарной схемы перелета (когда переходная орбита находится в плоскости лунной орбиты) и, тем более, возможно при полетах по пространственной схеме перелета. Внешний пояс, заполненный в основном энергичными электронами, не так опасен, поскольку электроны хорошо экранируются металлическим корпусом космического корабля.
Именно так летали к Луне американцы: например, наклонение переходной орбиты (trans-lunar-injection) для миссии «Аполлон-11» было 31,4°, что позволило свести к минимуму пребывание в опасной зоне внутреннего радиационного пояса.
Так как радиационные пояса Земли постоянно меняются под воздействием солнечной активности, то для одного типа орбит для полета к Луне условия пересечения радиационных поясов могут быть разными для разных миссий. Поэтому дозы радиации, которые получали экипажи «Аполлонов» при прохождении поясов отличались — от 1.1 миллизиверта у «Аполлона-8» до 11.4 у «Аполлона-14» (худший результат из всех миссий). Эти дозы не представляли серьезной опасности для астронавтов во время полета и не причинили долговременного вреда их жизни.
#современнаякосмонавтика
#орбитальнаямеханика
Магнитное поле Земли — одна из причин, по которой вы можете читать этот канал. Оно отклоняет и улавливает солнечный ветер и космические лучи, не дает им уносить атмосферу, включая озоновый слой, который защищает нас от губительной ультрафиолетовой радиации.
Пойманные геомагнитным полем заряженные частицы собираются в области, имеющей форму гигантского бублика (тора) с внутренним радиусом ~1000 км и внешним ~60000 км. Из-за разности в массе и энергии, внутренняя часть региона заполнена в основном протонами, а внешняя — электронами, и они называются внутренний и внешний радиационные пояса Земли. Заряженные частицы располагаются в поясах неравномерно: наиболее опасные высокоэнергичные собираются ближе к центру тора. Чем дальше от центра — тем меньше поток частиц и ниже их энергия.
Если бы мы могли увидеть радиационные пояса на небе, они простирались бы на ~65° на север и юг от небесного экватора. Поэтому полет за пределы низкой околоземной орбиты будет практически всегда пересекать радиационные пояса. Для автоматических межпланетных станций и космических аппаратов это не проблема — их оборудование делается радиационно-стойким. Для пилотируемых полетов это представляет потенциальную опасность.
Но есть хорошие новости: наиболее опасная для пилотируемых кораблей зона — это центральный регион внутреннего пояса, и его можно обойти траекториями с наклонением от 30° и выше. При полетах к Луне это возможно даже для компланарной схемы перелета (когда переходная орбита находится в плоскости лунной орбиты) и, тем более, возможно при полетах по пространственной схеме перелета. Внешний пояс, заполненный в основном энергичными электронами, не так опасен, поскольку электроны хорошо экранируются металлическим корпусом космического корабля.
Именно так летали к Луне американцы: например, наклонение переходной орбиты (trans-lunar-injection) для миссии «Аполлон-11» было 31,4°, что позволило свести к минимуму пребывание в опасной зоне внутреннего радиационного пояса.
Так как радиационные пояса Земли постоянно меняются под воздействием солнечной активности, то для одного типа орбит для полета к Луне условия пересечения радиационных поясов могут быть разными для разных миссий. Поэтому дозы радиации, которые получали экипажи «Аполлонов» при прохождении поясов отличались — от 1.1 миллизиверта у «Аполлона-8» до 11.4 у «Аполлона-14» (худший результат из всех миссий). Эти дозы не представляли серьезной опасности для астронавтов во время полета и не причинили долговременного вреда их жизни.
#современнаякосмонавтика
#орбитальнаямеханика
Изменение орбиты и орбитальные маневры
Продолжим наше знакомство с орбитальной механикой. Орбита описывается параметрами, которые определяют ее размер, форму и ориентацию в пространстве.
Кроме шести орбитальных параметров, орбиту можно задать в другом виде: вектором скорости и вектором положения в пространстве. Это представление дает подсказку, как поменять орбиту: стоит только получить изменение скорости, как сразу же изменяются орбитальные параметры.
Изменение скорости происходит под воздействием внешних факторов (об этом ниже) и в результате включения двигателя космического корабля.
Чтобы понимать, в какую сторону надо повернуть двигатель, чтобы изменить орбиту нужным нам образом, нам надо ввести систему координат, связанную с вектором орбитальной скорости: ее центр совпадает с центром масс нашего космического аппарата, первая из ее осей сонаправлена с вектором скорости, вторая — перпендикулярна вектору скорости и лежит в плоскости орбиты, третья — перпендикулярна скорости и плоскости орбиты. Разные ориентации относительно этих осей мы будем называть:
⬌ по или против движения;
⤡ радиально внутрь или наружу;
⬍ нормально или антинормально.
Включение двигателя для изменения орбиты называется орбитальным маневром. Орбитальные маневры делятся на две группы: компланарные, которые не изменяют ориентацию плоскости орбиты, и некомпланарные, выполнение которых приводит к повороту орбиты в пространстве.
Составим список того, в какой точке орбиты и в каком направлении выполнять маневры, чтобы изменить определенные параметры орбиты:
1) Компланарные маневры.
☆ Чтобы увеличить высоту апоцентра, надо выполнить маневр по движению в перицентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы увеличить высоту перицентра, надо выполнить маневр по движению в апоцентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы изменить величину аргумента перицентра, надо выполнить маневр радиально внутрь или наружу в перицентре или апоцентре.
2) Некомпланарные маневры.
★ Чтобы изменить наклонение, надо выполнить маневр нормально или антинормально в нисходящем или восходящем узле орбиты.
★ Чтобы изменить долготу восходящего узла, надо выполнить маневр нормально или антинормально в точке орбиты, которая находится выше всего над плоскостью экватора.
3) Смешанные маневры
Чтобы изменить сразу несколько параметров, мы можем выполнять маневр в произвольной точке орбиты (конечно, предварительно рассчитав нужную нам величину и направление включения двигателя).
Выше мы упоминали, что скорость на орбите может меняться под действием внешних факторов или возмущений. К ним относятся:
◆ нецентральность поля тяготения основного притягивающего тела (отличие формы от шарообразной, неравномерное распределение масс внутри);
◆ влияние притяжения других тел (Солнца, Луны, планет);
◆ трение об атмосферу (заметно для околоземных орбит высотой ниже 1000 км);
◆ давление солнечного ветра.
Наличие этих возмущений позволяет «бесплатно» изменять некоторые параметры орбиты. Например, за счет взаимодействия спутника с нецентральным полем тяготения Земли на полярной орбите с наклонением ~97°, плоскость этой орбиты поворачивается так, что за год делает полный оборот на 360°. Такая орбита называется солнечно-синхронной, и спутник на ней может все время видеть под собой освещенную поверхность, а его солнечные батареи — всегда получать заряд.
Торможение об атмосферу может использоваться для целенаправленного снижения высоты орбиты, и это очень значимая возможность для межпланетных миссий. По-английски это называется «аэробрейкинг» и успешно применяется в миссиях к Венере (например «Венера-экспресс») и Марсу (Trace Gas Orbiter миссии «ЭкзоМарс»).
Наиболее интересный потенциал у использования давления солнечного ветра (потока заряженных частиц) для изменения орбиты — этот принцип лежит в основе работы солнечного паруса.
#орбитальнаямеханика
Продолжим наше знакомство с орбитальной механикой. Орбита описывается параметрами, которые определяют ее размер, форму и ориентацию в пространстве.
Кроме шести орбитальных параметров, орбиту можно задать в другом виде: вектором скорости и вектором положения в пространстве. Это представление дает подсказку, как поменять орбиту: стоит только получить изменение скорости, как сразу же изменяются орбитальные параметры.
Изменение скорости происходит под воздействием внешних факторов (об этом ниже) и в результате включения двигателя космического корабля.
Чтобы понимать, в какую сторону надо повернуть двигатель, чтобы изменить орбиту нужным нам образом, нам надо ввести систему координат, связанную с вектором орбитальной скорости: ее центр совпадает с центром масс нашего космического аппарата, первая из ее осей сонаправлена с вектором скорости, вторая — перпендикулярна вектору скорости и лежит в плоскости орбиты, третья — перпендикулярна скорости и плоскости орбиты. Разные ориентации относительно этих осей мы будем называть:
⬌ по или против движения;
⤡ радиально внутрь или наружу;
⬍ нормально или антинормально.
Включение двигателя для изменения орбиты называется орбитальным маневром. Орбитальные маневры делятся на две группы: компланарные, которые не изменяют ориентацию плоскости орбиты, и некомпланарные, выполнение которых приводит к повороту орбиты в пространстве.
Составим список того, в какой точке орбиты и в каком направлении выполнять маневры, чтобы изменить определенные параметры орбиты:
1) Компланарные маневры.
☆ Чтобы увеличить высоту апоцентра, надо выполнить маневр по движению в перицентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы увеличить высоту перицентра, надо выполнить маневр по движению в апоцентре, а чтобы понизить — против движения.
☆ Чтобы изменить величину аргумента перицентра, надо выполнить маневр радиально внутрь или наружу в перицентре или апоцентре.
2) Некомпланарные маневры.
★ Чтобы изменить наклонение, надо выполнить маневр нормально или антинормально в нисходящем или восходящем узле орбиты.
★ Чтобы изменить долготу восходящего узла, надо выполнить маневр нормально или антинормально в точке орбиты, которая находится выше всего над плоскостью экватора.
3) Смешанные маневры
Чтобы изменить сразу несколько параметров, мы можем выполнять маневр в произвольной точке орбиты (конечно, предварительно рассчитав нужную нам величину и направление включения двигателя).
Выше мы упоминали, что скорость на орбите может меняться под действием внешних факторов или возмущений. К ним относятся:
◆ нецентральность поля тяготения основного притягивающего тела (отличие формы от шарообразной, неравномерное распределение масс внутри);
◆ влияние притяжения других тел (Солнца, Луны, планет);
◆ трение об атмосферу (заметно для околоземных орбит высотой ниже 1000 км);
◆ давление солнечного ветра.
Наличие этих возмущений позволяет «бесплатно» изменять некоторые параметры орбиты. Например, за счет взаимодействия спутника с нецентральным полем тяготения Земли на полярной орбите с наклонением ~97°, плоскость этой орбиты поворачивается так, что за год делает полный оборот на 360°. Такая орбита называется солнечно-синхронной, и спутник на ней может все время видеть под собой освещенную поверхность, а его солнечные батареи — всегда получать заряд.
Торможение об атмосферу может использоваться для целенаправленного снижения высоты орбиты, и это очень значимая возможность для межпланетных миссий. По-английски это называется «аэробрейкинг» и успешно применяется в миссиях к Венере (например «Венера-экспресс») и Марсу (Trace Gas Orbiter миссии «ЭкзоМарс»).
Наиболее интересный потенциал у использования давления солнечного ветра (потока заряженных частиц) для изменения орбиты — этот принцип лежит в основе работы солнечного паруса.
#орбитальнаямеханика