Túneis espaciais e ferro na cabeça, ou por que precisamos do espaçoporto Vostochny
Outro dia, pediram-me para aconselhar o infográfico da RIA Novosti no primeiro lançamento do Vostochny Cosmodrome. E haverá uma grande simplificação devido a limitações no formato do material. De fato, não precisamos do Cosmódromo Vostochny, porque a maioria dos lançamentos civis ocorre no Cosmódromo de Baikonur. Mas, para explicar por que precisamos dela, teremos que lhe dizer por que a órbita da espaçonave pode ser comparada a um túnel e também para explicar que tipo de "ferro" cai do céu e para quem ela cai.Túnel no céu
A física do movimento orbital é completamente intuitiva. É o contrário do que uma pessoa comum imagina. E até bons filmes, aparentemente buscando realismo, dão uma idéia completamente errada de como os satélites e as naves espaciais voam. Lembra-se do "Gravity", no qual o famoso vôo do Hubble para a ISS e depois para a estação chinesa? Mesmo se descartamos a diferença na altura das órbitas, um parâmetro do movimento orbital mata até a menor chance desses vôos. Este parâmetro é chamado de "inclinação orbital".A inclinação orbital é o ângulo entre o plano orbital do satélite e o plano do equador (para o satélite da Terra)
Por exemplo, para o caso de "Gravidade", a imagem será assim:
E o fato de os planos das órbitas não coincidirem de forma alguma não é um problema. O verdadeiro problema é que, para uma órbita circular baixa (e o Hubble, ISS, Tiangong e a massa de outros satélites são uma órbita circular baixa), a mudança de inclinação é muito cara. Para "girar" a órbita em 45 °, teremos que mudar nossa velocidade em cerca de 8 km / s, a mesma que precisávamos para entrar na órbita. E uma mudança na velocidade é um desperdício de combustível e despejo de etapas. Ou seja, se um foguete pesando 300 toneladas colocar 7 toneladas em órbita, depois de mudar a inclinação em 45 °, restarão apenas 150 kg. De fato, cada orbitador voa dentro de um túnel invisível, cujo diâmetro depende de sua capacidade de alterar sua velocidade. Portanto, ao lançar satélites, eles tentam trazê-los imediatamente para a inclinação desejada.Estradas batidas
E que inclinação é usada para veículos orbitais existentes? Existem muitos satélites na órbita da Terra:
se você olhar de perto, poderá ver que há mais satélites em algumas órbitas. Aqui está uma figura mostrando o movimento dos satélites em relação à Terra:
órbita geoestacionária(verde) É uma órbita circular com uma altura de 36.000 km e uma inclinação de 0 °. Como o satélite está localizado acima de um ponto na superfície da Terra, a órbita geoestacionária correta na imagem é indicada por um ponto verde. Loops verdes são satélites com defeito ou aqueles que ficaram sem combustível. A órbita geoestacionária está sob a influência perturbadora da lua, e você precisa gastar combustível apenas para permanecer no lugar. Os satélites de telecomunicações vivem nessa órbita, com lucro, portanto, já é difícil encontrar lugares livres nela.Órbitas GLONAS / GPS (azul e vermelho). Essas órbitas têm aproximadamente 20.000 quilômetros de altura e uma inclinação de cerca de 60 °. Como o nome indica, eles têm satélites de navegação.Órbitas polares(amarelo) Essas órbitas têm uma inclinação na região de 90 ° e a altitude geralmente não é superior a 1000 km. Nesse caso, o satélite sobrevoará os pólos a cada revolução e verá todo o território da Terra. Uma subespécie separada dessas órbitas são as órbitas síncronas solares, com uma altura de 600 a 800 km e uma inclinação de 98 °, nas quais os satélites voam sobre diferentes partes da Terra aproximadamente na mesma hora local. Essas órbitas estão em demanda por satélites meteorológicos, cartográficos e de reconhecimento.Além disso, deve-se observar a órbita do ISS com altitude de 450 km e inclinação de 51,6 °.Geografia sem coração
Bem, bem, nós descobrimos as inclinações, o leitor dirá. E onde fica o espaçoporto? O fato é que existe uma lei física tão desagradável:A inclinação inicial da órbita não pode ser menor que a latitude do cosmódromo.
Porque assim Tudo fica mais claro se traçarmos a trajetória do satélite em um mapa da Terra:
se nós, a partir de Baikonur, começarmos a acelerar para o leste, teremos uma órbita com uma inclinação de latitude de Baikonur, 45 ° (vermelho). Se começarmos a acelerar para o nordeste, o ponto mais ao norte da órbita ficará ao norte de Baikonur, ou seja, a inclinação será maior (amarela). Se tentarmos trapacear e começar a acelerar para o sudeste, a órbita resultante ainda terá o ponto mais ao norte ao norte de Baikonur e, novamente, uma inclinação maior (azul).
Mas tal órbita é fisicamente impossível, porque não passa pelo centro de massa da Terra. Mais precisamente, é impossível voar com o motor desligado. Você pode estar em uma órbita com o motor ligado por algum tempo, mas o combustível acabará muito rapidamente.
Assim, se queremos lançar satélites em órbita geoestacionária e não a partir do equador, precisamos zerar a inclinação da órbita enquanto consumimos combustível. São essas despesas que explicam por que o mesmo foguete Soyuz-2.1a lança com sucesso satélites em órbita geoestacionária a partir do centro espacial Kourou, perto do equador, mas não é usado para essas tarefas em Baikonur.A Rússia é um país do norte. E se você pode lançar com segurança os satélites de Plesetsk, localizado a uma latitude de 63 °, em órbita polar e GLONASS, então para uma órbita geoestacionária, no sul, onde está localizado o cosmódromo, melhor. E aqui entra o segundo problema - nem todo território é adequado para um espaçoporto.Etapa Kumpole
Ao lançar um satélite, todos os foguetes modernos jogam palcos gastos e lideram carenagens que caem na Terra. Se o local do outono estiver em outro país, você precisará negociar com esse país para cada lançamento. Portanto, por exemplo, a inclinação mínima do cosmódromo de Baikonur não é de 45 °, mas de 51 °, porque, caso contrário, a segunda etapa cairá para a China:
e no local em que a primeira etapa cair, você precisará negociar com o Cazaquistão e pagar pelo uso dessas áreas. Às vezes surgem problemas e o lançamento de satélites está atrasado. As áreas em queda devem ser alienadas bastante grandes:
E na parte européia da Rússia não há bons lugares para um espaçoporto. Eu brinquei com cartas, no Cáucaso você pode se esquivar e tentar se lançar da região de Mozdok, mas mesmo assim você terá que tentar impedir que os segundos passos caiam no Cazaquistão. Se você lançar um míssil da Crimeia, o primeiro estágio cairá nas áreas povoadas perto de Rostov-on-Don e o segundo estágio novamente se esforçará para cair no Cazaquistão. E isso não leva em consideração os problemas de infraestrutura nas duas versões. Nesse contexto, você analisará as inclinações disponíveis para os cosmódromos dos EUA e lamentará a falta de coração da física com a geografia.
Mas também temos uma costa leste. E, se colocarmos o espaçoporto, podemos encontrar áreas mortas para a queda dos degraus trabalhados para as inclinações mais populares: 51,6 ° (para a ISS e a órbita geoestacionária), 64,8 ° (GLONASS, alguns satélites com detecção de Terra), 98 ° (para órbita polar).
Mais uma vez tese
O Vostochny Cosmodrome nos dará a oportunidade de lançar cargas úteis na órbita geoestacionária e na ISS sem a necessidade de coordenar esses lançamentos com outros países e pagá-los pelo uso das zonas de exclusão. Ele está localizado na parte sul do país e fornece uma inclinação inicial da órbita não pior que Baikonur. O complexo de lançamento para o novo veículo de lançamento em Angara não é racional para construir em Baikonur (mais uma vez, coordenação de lançamentos e áreas em declínio), mas a partir do leste não fornecerá menos carga útil.Uma ninharia agradável: um novo complexo de lançamento com uma torre de serviço, como em Kourou, permitirá o lançamento de cargas ocidentais, que devem ser montadas em um foguete auxiliar na posição vertical.Um bônus também vai para o desenvolvimento de infraestrutura, um impulso para o desenvolvimento do território, cidade da ciência e muito mais.UPD: infográfico está fora. Desculpe, não houve tempo para redesenhar a localização dos satélites. Ainda muito brevemente, eles tentaram explicar o que está escrito aqui. Na minha opinião, ficou bonito.Source: https://habr.com/ru/post/pt393423/
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