в какую сторону запускают ракеты с земли
Из каких точек Земли удобнее всего запускать ракеты в космос?
Взлетающие ракеты получают дополнительное ускорение от вращения, если запускаются в его направлении. Но этот импульс нужен далеко не всем выводящимся на орбиту Земли космическим аппаратам. Более половины спутников летают сегодня по траекториям, выводу на которые вращение планеты только мешает.
Впрочем, обо всём по порядку. Земля крутится вокруг своей оси вместе с людьми, животными, растениями, океанами и стартовыми площадками. Поначалу ракета взлетает с нёе горизонтально. Вблизи полюсов воздействие движения планеты ощущается не очень сильно, поскольку там Земля движется медленнее. Но ближе к экватору, например, на космодроме у мыса Канаверал (США) или на Байконуре (Казахстан), наша планета придает довольно значительное дополнительное ускорение. Так как она вращается с запада на восток, то направив ракету на восход Солнца, можно убыстрить её, не сжигая дополнительного топлива.
У МКС это значение составляет около 51 градуса, и её орбита считается высокой. Более чем у половины спутников она полярная. Почему они летают по этим траекториям, и чем их не устраивают те, где можно получить ускорение от земного вращения? Тут всё довольно просто. Главная причина заключается в том, что спутник, находящийся на наклонной орбите, может пролетать над большей частью планеты. Экипажу МКС это позволяет, например, видеть огромные участки поверхности по несколько раз за день. Спутник, находящийся на полярной орбите, с течением времени пролетает над всей планетой целиком, без каких-либо исключений. Это отлично подходит для аппаратов, обеспечивающих связь, занимающихся картографированием и проведением научных измерений.
Стартовая площадка космодрома Ванденберг
Ещё одной неприятной проблемой преодоления вращения Земли является потенциальная опасность падения обломков на головы ничего не подозревающих землян. Инциденты подобного рода уже известны, в том числе и с пострадавшими коровами. В США, например, именно по этой причине спутники с полярными орбитами запускают не из Флориды. Для этого используется космодром на военно-воздушной базе Ванденберг в Южной Калифорнии. Он лишь немногим севернее, зато обладает огромным преимуществом в виде гигантского океана, раскинувшегося западнее. Считается, что туда падать может что угодно.
Запуск спутника: вперед или назад от Земли? Три космические скорости.
Вы едете в автомобиле и бросаете камешки: одни вперед, другие назад. Какие из них летят с большей скоростью, а какие с меньшей (по отношению к Земле)? Когда бросаешь вперед, скорость камешка складывается со скоростью автомобиля, а когда бросаешь назад – вычитается из нее. Понятно, что в первом случае скорость получается больше.
Подобная задача возникает и при запуске космических ракет.
Когда 2 января 1959 года была создана искусственная планета, в какую сторону надо было ее запустить: по направлению движения Земли или наоборот, — вперед или назад?
Для полета вокруг Солнца нужна очень большая скорость. Значит, запускать ракету надо было обязательно по ходу движения Земли, чтобы использовать ее огромную скорость и уже в дополнение к ней придать скорость, полученную от двигателя.
Какую скорость нужно было сообщить искусственной планете, чтобы она стала обращаться вокруг Солнца?
Здесь надо исходить уже не из притяжения Земли, а из силы притяжения Солнца. Причем надо брать в расчет его огромную массу, которая в 330 тысяч раз больше земной, а также расстояние до Солнца – около 150 миллионов километров. Чтобы на расстоянии Земли при данном действии притяжения Солнца получить уравновешенное движение вокруг него, необходима скорость порядка 30 км/сек. С такой скоростью движется и сама наша Земля (29 ¾ км/сек).
Но, позвольте, — можете вы сказать, — ведь, чтобы улететь от Земли и не вернуться к ней, достаточна скорость больше 11,2 км/сек (больше второй космической скорости). С такой скоростью (примерно 11,4 км/сек) и была запущена первая космическая ракета. А тут получается, что необходима скорость порядка 30 км/сек.
Здесь важно различать два обстоятельства: 1) скорость по отношению к Земле (более 11,2 км/сек) и 2) скорость по отношению к Солнцу (около 30 км/сек), как бы «вместе с Землей».
Ракета была запущена вперед, по направлению движения Земли, и уже от нее получила скорость около 30 км/сек. Сверх этого, двигатель ракеты сообщил ей скорость более 11,2 км/сек. Но это было лишь в начале пути, близ Земли. С удалением от Земли (двигаясь «вверх» по отношению к ней) скорость эта быстро убывала, и к тому моменту, когда ракета прошла мимо Луны, она была равна 2,2 км/сек. Искусственная ракета полетела дальше вокруг солнца со скоростью около 30 + 2,2 = 32,2 км/сек.
Куда надо запускать ракету: вперед или назад (по отношению к движению Земли), чтобы она полетела на Марс?
Вперед, так как Марс дальше от Солнца, чем Земля, и, чтобы лететь к нему, надо преодолевать притяжение Солнца и лететь со скоростью большей, чем скорость Земли. Начальная скорость должна быть немного больше, чем у первой космической ракеты, — 32,8 км/сек (по отношению к Солнцу). С Земли же ее придется запускать со скоростью 11,6 км/сек (по отношению к Земле, в начале полета). Вперед надо запускать ракеты и для полетов на еще более далекие планеты. Чтобы долететь до Юпитера, необходима скорость 38,6 км/сек, до Сатурна – 40,1 км/сек, а до Плутона – 41,6 км/сек. Все эти скорости по отношению к Солнцу в ближней к нему точке пути (перигелии) – у орбиты Земли.
Куда надо запускать ракету: вперед или назад (по отношению к движению Земли), чтобы она полетела на Венеру?
Но вот перед нами другая задача – полететь на Венеру. Путь межпланетного корабля и здесь представляет собой эллипс, вписанный между орбитами Земли и Венеры. Венера ближе к Солнцу, чем наша Земля: чтобы лететь на нее, надо уже не удаляться от Солнца, а приближаться к нему. Поэтому и скорость по отношению к Солнцу понадобится меньшая – всего 27,3 км/сек. Это меньше, чем скорость Земли. В каком же направлении придется запускать ракету в этом случае – вперед или назад? На этот раз в сторону, противоположную движению Земли.
Тогда скорость, которую сообщит двигатель, будет вычитаться из скорости Земли, и получится нужная меньшая скорость: 30 км/сек минус скорость, которая вдали от Земли останется от той, что была сообщена двигателем. Эта разность равна 27,3 км/сек. Но заметьте, что теперь эта скорость в дальней от Солнца точке эллипса (у Земли). Ракета будет «опускаться» к Солнцу «сверху вниз», и скорость ее будет несколько увеличиваться.
Куда надо запускать ракету: вперед или назад (по отношению к движению Земли), чтобы она полетела на Меркурий?
Так же назад пришлось бы запустить ракету и для полета на Меркурий. По отношению к Солнцу здесь нужна меньшая скорость, чем для полета на Венеру, — всего 22,3 км/сек. Значит, двигатель по направлению назад должен сообщить ракете большую скорость, которая будет вычитаться из скорости Земли. В какую же сторону, в конечном счете, будет лететь ракета? Она полетит вокруг Солнца в том же направлении, как движутся Земля, Венера и Меркурий. Ведь скорость от двигателя, направленная «назад», гораздо меньше скорости Земли, направленной «вперед», — значит, разность скоростей все-таки получится «вперед».
Куда надо запускать ракету: вперед или назад (по отношению к движению Земли), чтобы она полетела на Плутон и дальше за пределы солнечной системы?
Итак, при начальной скорости 41,6 км/сек (по отношению к Солнцу) можно достичь Плутона – границы Солнечной системы. А что, если полететь с еще большей скоростью? Тогда ракета совершенно вырвется из оков притяжения Солнца и улетит за пределы Солнечной системы, с тем чтобы уже не вернуться в нее обратно (полетит по разомкнутой кривой). Но для этого нужна скорость не меньше 42,1 км/сек (по отношению к Солнцу, в ближней к нему точке – у Земли). По отношению же к Земле ее придется запустить с начальной скоростью не меньше 16,6 км/сек. (Именно с такой скоростью (16,6 км/сек) был запущен в 2006 году космический аппарат New Horizons по направлению к Плутону). Посылать такую ракету, конечно, надо вперед, но под определенным углом к траектории Земли.
Итак, есть три замечательные космические скорости:
Первая космическая скорость –
7,9 км/сек, — при которой спутник близ Земли летит вокруг нее по окружности (на близком расстоянии). При меньшей скорости он упадет на Землю, а при большей полетит дальше по эллипсу.
Вторая космическая скорость –
11,2 км/сек. При меньшей скорости ракета летит по эллипсу, периодически возвращаясь к Земле, а при большей – по разомкнутой кривой без возврата к Земле (но по отношению к Солнцу она летит по эллипсу).
Третья космическая скорость –
16,6 км/сек по отношению к Земле (вначале, при запуске) и 42,1 км/сек по отношению к Солнцу – скорость, при которой (или большей) ракета летит по разомкнутой кривой уже по отношению к Солнцу и навсегда покидает солнечную систему.
Это была статья о том, с какой скоростью и в каком направлении (по отношению к движению Земли) нужно запускать космические аппараты к различным планетам солнечной системы. Далее читаем: Сила тяжести: враг или друг-помощник?
Почему ракеты летят на восток? Основы орбитальной механики #1
Нас давно просили заняться подобными роликами: подробно рассказать о том, как запускают ракеты, куда и почему. Сегодняшним видео мы начинаем новую серию, «Основы орбитальной механики», в которой наглядно будем показывать, что такое работает орбитальная физика и как это всё работает.
Ролик вышел благодаря людям, поддержавшим нас на Patreon.
Исследователи космоса
10K постов 38.9K подписчик
Правила сообщества
Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу 🙂
так вот почему у гагарина корабль назывался «восток»!
Летят на восток, потому что космодром «Восточный»!
видео бред, ведь земля плоская, а солнце сверху )
Ха, элементарно, так проще достичь первой космической скорости. Если этого не проходят в школе, позор такому образованию.
Я так и не понял. Если я запущу ракету строго вертикально и она будет лететь со скоростью 100км в час, то что же получается. Она(ракета) так и не улетит в космос. По вашим словам что бы улететь в космос надо разогнать ракету до 7,5км в секунду? Эт что она застрянет где-то? Фигня по моему. Летит себе и лети и причем тут первая или вторая космическая скорость. Или я не прав?
Прикольно, а что в видео?
Потому что к Ким Чен Иру тянутся, логично же.
Получен снимок падающей на Землю ступени китайской ракеты
Используя телескоп проекта «Virtual Telescope Project», астрономы получили снимок второй ступени китайской ракеты «Long March 5B», которая 29 апреля 2021 года вывела на орбиту основной модуль Тяньхэ китайской космической станции и сейчас неконтролируемо падает на Землю. Ожидается, что она войдет в атмосферу 9 мая в 5:34 по московскому времени, однако на данный момент существует большая неопределенность в прогнозах.
«Во время получения снимка ступень ракеты находилась на расстоянии около 700 километров от нашего телескопа, а Солнце было всего в нескольких градусах ниже горизонта, поэтому небо было невероятно ярким, что сделало условия наблюдений довольно экстремальными. Но нашему роботизированному телескопу все же удалось запечатлеть этот огромный объект», – сказал Джанлука Маси, участник проекта «Virtual Telescope Project».
Точное время входа в атмосферу и место возможного падения ступени ракеты «Long March 5b» неизвестны. Сейчас она совершает один оборот вокруг Земли за примерно 90 минут, мчась со скоростью 7 километров в секунду, что делает прогнозы очень затруднительными: ошибка в 1 час по времени входа в атмосферу – это сдвиг почти на 29 тысяч километров от расчетного места падения. Обломки ракеты могут упасть в океан или на пустынные участки суши, однако вероятность задеть жилые районы не исключена.
То, что ступень ракеты вышла из-под контроля, очевидно, проблематично. Обычно они не попадают на орбиту – после того, как полезная нагрузка отправляется в космос, ступени падают в заранее определенное место на поверхности Земли. В данном случае Китайское национальное космическое управление, вероятно, ситуацию не контролирует. Это второй подобный инцидент, связанный с «Long March 5b», поэтому, возможно, сама система запусков спроектирована таким образом. Трудно сказать, учитывая секретный характер космической программы Китая.
Запуск 29 апреля 2021 года стал первым из 11 запланированных, в ходе которых ракеты «Long March 5b» доставят компоненты необходимые для сбора китайской космической станции. Если следующие 10 запусков пойдут по такому же сценарию, Китаю, вероятно, все же придется дать комментарии по данному поводу.
Космические туннели и железо на голову или зачем нам космодром «Восточный»
Туннель в небе
Наклонение орбиты — это угол между плоскостью орбиты спутника и плоскостью экватора (для спутника Земли)
Например, для случая «Гравитации» картинка будет такая:
И тот факт, что плоскости орбит совсем не совпадают — это еще не беда. Настоящая беда в том, что для низкой круговой орбиты (а «Хаббл», МКС, «Тяньгун» и масса прочих спутников — это низкая круговая орбита) изменение наклонения очень дорого. Чтобы «повернуть» орбиту на 45° нам придется изменить свою скорость примерно на 8 км/с, столько же, сколько нам понадобилось для выхода на орбиту. А изменение скорости — это трата топлива и сброс ступеней. То есть, если ракета массой 300 тонн выводит на орбиту 7 тонн, то после изменения наклонения на 45° останется всего 150 килограмм. Фактически, каждый орбитальный аппарат летит внутри невидимого туннеля, диаметр которого зависит от его способности изменять свою скорость. Поэтому при запуске спутников их стараются вывести сразу на нужное наклонение.
Проторенные дороги
А какое наклонение используется для существующих орбитальных аппаратов? На орбите Земли сейчас много спутников: 
Если приглядеться, то видно, что на каких-то орбитах спутников больше. Вот картина, показывающая движение спутников относительно Земли: 
Геостационарная орбита (зеленый). Это круговая орбита с высотой 36 000 км и наклонением 0°. Спутник на ней находится над одной точкой земной поверхности, поэтому на картинке правильная геостационарная орбита обозначена зеленой точкой. Зеленые петли — это неисправные спутники или такие, у которых закончилось топливо. Геостационарная орбита находится под возмущающим воздействием Луны, и нужно тратить топливо просто для того, чтобы оставаться на месте. На этой орбите обитают телекоммуникационные спутники, которые приносят прибыль, поэтому свободные места на ней найти уже трудно.
Орбиты ГЛОНАС/GPS (синий и красный). Эти орбиты имеют высоту примерно 20 000 километров и наклонение в районе 60°. Как ясно из названия, на них находятся навигационные спутники.
Полярные орбиты (желтый). Эти орбиты имеют наклонение в районе 90° и высоту обычно не больше 1000 км. В этом случае спутник будет пролетать над полюсами каждый оборот и будет видеть всю территорию Земли. Отдельным подвидом таких орбит являются солнечно-синхронные орбиты с высотой 600-800 км и наклонением 98°, на которых спутники пролетают над разными участками Земли примерно в одно и то же местное время. Эти орбиты востребованы для метеорологических, картографических и разведывательных спутников.
Кроме этого, надо отметить орбиту МКС с высотой 450 км и наклонением 51,6°.
Бессердечная география
Начальное наклонение орбиты не может быть меньше широты космодрома.
Почему так? Все становится понятней, если нарисовать траекторию спутника на карте Земли:
Если мы, стартовав с Байконура, начнем разгоняться на восток, то получится орбита с наклонением широты Байконура, 45° (красная). Если мы начнем разгоняться на северо-восток, то самая северная точка орбиты будет севернее Байконура, то есть наклонение будет больше (желтая). Если мы попробуем схитрить и начнем разгоняться на юго-восток, то получившаяся орбита все равно будет иметь самую северную точку севернее Байконура и, опять же, большее наклонение (синяя).
А вот такая орбита невозможна физически, потому что не проходит через центр масс Земли. Точнее, она невозможна для полета с выключенным двигателем. Вы сможете какое-то время находиться на такой орбите с включенным двигателем, но топливо кончится очень быстро.
Таким образом, если мы хотим запускать спутники на геостационарную орбиту не с экватора, нам надо каким-то образом обнулять наклонение орбиты, расходуя топливо. Именно эти расходы и объясняют, почему одна и та же ракета «Союз-2.1а» успешно выводит спутники на геостационарную орбиту с космодрома Куру около экватора, но не используется для этих задач с Байконура.
Россия — северная страна. И если на полярные орбиты и орбиты ГЛОНАСС можно спокойно запускать спутники с Плесецка, который расположен на широте 63°, то для геостационарной орбиты чем южнее расположен космодром, тем лучше. И тут вступает в силу вторая проблема — не любая территория подходит для космодрома.
Ступенью по кумполу
Все современные ракеты при запуске спутника сбрасывают отработанные ступени и головные обтекатели, которые падают на Землю. Если место падения находится в другой стране — приходится договариваться с этой страной по каждому пуску. Поэтому, например, минимальное наклонение космодрома Байконур не 45°, а 51°, потому что иначе вторая ступень будет падать в Китай: 
А по месту падения первой ступени приходится договариваться с Казахстаном и платить за использование этих районов. Иногда возникают проблемы, и запуск спутников откладывается. Районы падения приходится отчуждать немаленькие: 
И в европейской части России хороших мест для космодрома нет. Я поигрался с картами, на Кавказе можно извернуться и пытаться запускать из района Моздока, но и тогда придется стараться, чтобы вторые ступени не упали в Казахстан. Если запускать ракету из Крыма, то первая ступень будет падать в населенные районы около Ростова-на-Дону, а вторая ступень будет опять же норовить упасть в Казахстан. И это не учитывая проблемы с инфраструктурой в обоих вариантах. На этом фоне посмотришь на доступные наклонения для космодромов США и пожалеешь о бессердечности физики с географией. 
Но ведь у нас тоже есть восточное побережье. И, если мы разместим космодром там, то можно будет найти глухие районы для падения отработанных ступеней для самых востребованных наклонений: 51,6° (на МКС и геостационарную орбиту), 64,8° (ГЛОНАСС, некоторые спутники зондирования Земли), 98° (на полярную орбиту).
Еще раз тезисно
Космодром Восточный даст нам возможность запускать полезные нагрузки на геостационарную орбиту и к МКС без необходимости согласования этих запусков с другими странами и выплат им за использование районов отчуждения. Он расположен в южной части страны и обеспечивает начальное наклонение орбиты не хуже Байконура. Стартовый комплекс для новой ракеты-носителя «Ангара» нерационально строить на Байконуре (еще раз, согласование пусков и районы падения), но с Восточного она обеспечит не меньшую грузоподъемность.
Приятная мелочь: новый стартовый комплекс с башней обслуживания, как в Куру, позволит запускать западные полезные нагрузки, которые должны устанавливаться на ракету-носитель в вертикальном положении.
Бонусом также идут развитие инфраструктуры, толчок к развитию территории, наукоград и прочее.
UPD: инфографика вышла. Жаль, не успели перерисовать размещение спутников. Очень кратко все-таки постарались объяснить то, что здесь написано. На мой взгляд получилось симпатично.
Полет по короткой схеме. Зачем так торопиться к МКС?
Илья Ферапонтов, РИА Новости.
Еще со времен станции «Мир» пилотируемые космические корабли летали по так называемой двухсуточной схеме – от старта до стыковки проходило около 50 часов.
В пятницу на Международную космическую станцию прибыл очередной экипаж – российские космонавты Павел Виноградов и Александр Мисуркин, а также астронавт НАСА Кристофер Кэссиди. Их полет стал первым в практике экспедиций к МКС полетом по «короткой схеме», когда корабль «Союз» пристыковался к станции не через двое суток, а спустя всего шесть часов после старта с космодрома Байконур.
Зачем же понадобилось отказываться от традиций?
Хорошо забытое старое
«Скорострельные» пуски по «целям» на орбите – не такое уж новшество, скорее это хорошо забытое изобретение самого начала космической эры. Еще в 1968 году всего лишь через 46 минут после запуска беспилотный «Союз» («Космос-213») состыковался с другим кораблем, «Космосом-212», выведенным на орбиту за сутки до этого. Советские специалисты просто «стреляли» вторым кораблем, когда первый проходил над космодромом Байконур.
В практике пилотируемых полетов остается до сих непревзойденным рекорд, поставленный экипажем американского корабля «Джемини-11» (Чарльз Конрад и Ричард Гордон), которые пристыковались к ракете «Аджена» всего через 1 час 34 минуты после запуска.
Побить этот рекорд мог Георгий Береговой – уже на первом витке его корабль «Союз-3» сблизился с беспилотным «Союзом-2», однако из-за ошибок при ручном управлении стыковка не удалась. Позже американские «Аполлоны» тратили на рейс к космической станции «Скайлэб» по восемь часов.
Позже советские «Союзы» добирались до космических станций «Салют» за сутки – было решено использовать менее напряженный график работы.
Однако именно в конце первых суток полета у космонавтов наступает острая фаза адаптации к невесомости – ухудшается координация, наступает депрессия и при переходе к ручному управлению могли возникать проблемы.
В 1986 году после запуска станции «Мир» корабли начали летать по двухсуточной схеме, и с тех пор 26 лет космонавты проводили в «Союзах» по двое суток.
50 часов в коробке
Один из разработчиков новой «короткой» схемы, заместитель начальника отдела баллистики РКК «Энергия» Рафаил Муртазин говорит, что мысль ускорить доставку космонавтов на МКС возникла с появлением на борту «Союзов» «гостей» – космических туристов.
«Союзы» при всех их достоинствах – очень тесные корабли. На каждого из трех членов экипажа в спускаемом аппарате приходится всего по 0,5 кубометра свободного пространства, а с учетом бытового отсека – 1,2 кубометра. И в таком «ящике» три человека проводили около 50 часов – стыковка с МКС по двухсуточной схеме проходила на 34 витке.
По словам Муртазина, у первой космической туристки Аноуше Ансари возникли «некоторые проблемы» во время двухсуточного полета к МКС. Многие космонавты говорили, что если есть возможность лететь быстрее – надо лететь быстрее.
Разработка новой схемы началась около трех-четырех лет назад. Корабль нужно было успеть вывести к станции до шестого витка. По оценкам медиков, именно после шестого-седьмого витка у космонавтов начинается самый тяжелый период в адаптации к невесомости.
Ситуация осложняется еще и тем, что для стабилизации полета и постоянной ориентации солнечных батарей на солнце корабль закручивают вокруг оси. Новичкам, которые смотрят в иллюминаторы, приходится несладко. Кроме того, космонавты могут уставать от длительного периода ничегонеделания.
В то же время, в первые часы после запуска, в момент наступления невесомости экипаж испытывает прилив сил, состояние близкое к эйфории, и нужно было успеть довезти космонавтов в этот благоприятный период.
Вторая жизнь «Союза»
В результате баллистики смогли разработать такую траекторию, которая, с одной стороны, приводила корабль к МКС всего через 5,5 часа, а с другой – позволяла в случае необходимости (например, при появлении фрагментов космического мусора) спокойно перейти на двухсуточную схему.
«Короткая» схема была проверена при запусках трех грузовых «Прогрессов», и теперь ее впервые испытали космонавты.
Она не лишена недостатков – у экипажа оказывается очень длинный «рабочий день» – около 18-20 часов, поскольку они не могут поспать на орбите. Кроме того, им приходится проводить в скафандре по 11 часов.
Однако есть и преимущества: в полете «Союз» экономит около 25 килограммов топлива, что дает ему дополнительные возможности для маневров.
По мнению специалистов РКК «Энергия, слова о том, что «Союз» себя изжил, что там некомфортные условия для космонавтов, имели смысл, когда полет продолжался долго.
Если в дальнейшем будет использоваться быстрая схема, эта проблема перестанет существовать просто потому, что период пребывания в корабле будет слишком коротким – космонавты не успеют почувствовать дискомфорт.
А это фактически дает вторую жизнь 40-летнему кораблю, у которого, по словам Муртазина, есть еще «возможности развиваться и улучшаться».
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции