อุโมงค์อวกาศและเหล็กบนหัวหรือทำไมเราถึงต้องการ Vostochny cosmodrome

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

วันก่อนฉันถูกขอให้ปรึกษาอินโฟกราฟิกของ RIA Novosti ซึ่งอุทิศให้กับการเปิดตัวครั้งแรกจาก Vostochny cosmodrome และจะมีการทำให้เข้าใจง่ายขึ้นที่สำคัญประการหนึ่งเนื่องจากข้อจำกัดของรูปแบบของวัสดุ ที่จริงแล้ว เราไม่ต้องการคอสโมโดรม Vostochny เพราะการเปิดตัวของพลเรือนส่วนใหญ่เกิดขึ้นจาก Baikonur cosmodrome

แต่เพื่ออธิบายว่าทำไมเราถึงต้องการมัน เราจะต้องบอกว่าเหตุใดวงโคจรของยานอวกาศจึงเปรียบได้กับอุโมงค์ และยังต้องอธิบายว่า "เหล็ก" ชนิดใดที่ตกลงมาจากท้องฟ้าและใครที่ตกลงมา

อุโมงค์ในท้องฟ้า

ฟิสิกส์ของการเคลื่อนที่ของวงโคจรนั้นขัดกับสัญชาตญาณโดยสิ้นเชิง ตรงกันข้ามกับสิ่งที่คนทั่วไปจินตนาการ และแม้แต่ภาพยนตร์ดีๆ ที่ดูเหมือนมุ่งมั่นเพื่อความสมจริง ก็ให้แนวคิดที่ผิดไปอย่างสิ้นเชิงว่าดาวเทียมและยานอวกาศบินได้อย่างไร จำ Gravity อันโด่งดังซึ่งบินจากฮับเบิลไปยัง ISS แล้วไปที่สถานีจีนหรือไม่? แม้ว่าเราจะละทิ้งความแตกต่างของความสูงของวงโคจร หนึ่งพารามิเตอร์ของการเคลื่อนที่ในวงโคจรก็ฆ่าแม้แต่โอกาสเพียงเล็กน้อยของเที่ยวบินดังกล่าว พารามิเตอร์นี้เรียกว่า "ความเอียงของวงโคจร"

ความเอียงของวงโคจร คือมุมระหว่างระนาบของวงโคจรของดาวเทียมกับระนาบของเส้นศูนย์สูตร (สำหรับดาวเทียม Earth)

ตัวอย่างเช่น สำหรับกรณีของ "แรงโน้มถ่วง" รูปภาพจะเป็นดังนี้:

และความจริงที่ว่าระนาบของวงโคจรไม่ตรงกันเลยก็ไม่ใช่ปัญหา ปัญหาที่แท้จริงคือสำหรับวงโคจรแบบวงกลมต่ำ (และฮับเบิล, ISS, Tiangong และมวลของดาวเทียมอื่นๆ เป็นวงโคจรแบบวงกลมต่ำ) การเปลี่ยนแปลงความเอียงนั้นมีราคาแพงมาก ในการ "หมุน" วงโคจรได้ 45 ° เราจะต้องเปลี่ยนความเร็วประมาณ 8 กม./วินาที ซึ่งเป็นปริมาณเดียวกับที่เราจำเป็นต้องเข้าสู่วงโคจร และการเปลี่ยนความเร็วเป็นการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและการรีเซ็ตสเตจ นั่นคือถ้าจรวดที่มีมวล 300 ตันทำให้ 7 ตันเข้าสู่วงโคจรแล้วหลังจากการเปลี่ยนแปลงความเอียง 45 °จะเหลือเพียง 150 กิโลกรัมเท่านั้น อันที่จริงยานอวกาศแต่ละลำบินอยู่ภายในอุโมงค์ที่มองไม่เห็นซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางขึ้นอยู่กับความสามารถในการเปลี่ยนความเร็ว ดังนั้นเมื่อปล่อยดาวเทียมพวกเขาจึงพยายามนำพวกเขาไปสู่มุมที่ต้องการทันที

ถนนที่ถูกตี

ยานที่มีอยู่ใช้ความโน้มเอียงแบบใด มีดาวเทียมหลายดวงในวงโคจรของโลกในขณะนี้:

หากสังเกตดีๆ จะเห็นว่ายังมีดาวเทียมอีกหลายดวงในวงโคจรบางส่วน นี่คือภาพแสดงการเคลื่อนที่ของดาวเทียมสัมพันธ์กับโลก:

วงโคจรค้างฟ้า (เขียว). เป็นวงโคจรแบบวงกลมที่มีความสูง 36,000 กม. และมีความเอียง 0 ° ดาวเทียมที่อยู่เหนือจุดหนึ่งบนพื้นผิวโลก ดังนั้นในภาพ วงโคจรค้างฟ้าที่ถูกต้องจึงแสดงด้วยจุดสีเขียว ลูปสีเขียวเป็นดาวเทียมที่ผิดพลาดหรือน้ำมันหมด วงโคจรของ geostationary อยู่ภายใต้อิทธิพลที่รบกวนของดวงจันทร์ และคุณจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเพื่อให้อยู่กับที่ วงโคจรนี้เป็นที่อยู่อาศัยของดาวเทียมโทรคมนาคมซึ่งทำกำไรได้ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะหาที่ว่างบนนั้น

GLONAS / วงโคจรของ GPS (สีน้ำเงินและสีแดง). วงโคจรเหล่านี้มีความสูงประมาณ 20,000 กิโลเมตร และมีความเอียงประมาณ 60 ° ตามชื่อของมัน พวกมันมีดาวเทียมนำทาง

วงโคจรขั้วโลก (สีเหลือง). วงโคจรเหล่านี้มีความโน้มเอียงในพื้นที่ 90 ° และระดับความสูงมักจะไม่เกิน 1,000 กม. ในกรณีนี้ ดาวเทียมจะบินเหนือเสาทุกรอบ และจะเห็นอาณาเขตทั้งหมดของโลก ชนิดย่อยที่แยกจากกันของวงโคจรดังกล่าวเป็นวงโคจรแบบซิงโครนัสของดวงอาทิตย์ที่มีระดับความสูง 600-800 กม. และมีความเอียง 98 °ซึ่งดาวเทียมบินผ่านส่วนต่าง ๆ ของโลกในเวลาใกล้เคียงกันโดยประมาณวงโคจรเหล่านี้เป็นที่ต้องการของดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา การทำแผนที่ และการลาดตระเวน

นอกจากนี้ควรสังเกตวงโคจรของ ISS ที่ระดับความสูง 450 กม. และความเอียง 51.6 °

ภูมิศาสตร์ไร้หัวใจ

เราเข้าใจอารมณ์แล้วผู้อ่านจะพูด และคอสโมโดรมอยู่ที่ไหน? ความจริงก็คือมีกฎทางกายภาพที่ไม่พึงประสงค์ดังกล่าว:

ความเอียงเริ่มต้นของวงโคจรต้องไม่น้อยกว่าละติจูดของคอสโมโดรม

ทำไมถึงเป็นอย่างนั้น? ทุกอย่างชัดเจนขึ้นถ้าเราวาดวิถีของดาวเทียมบนแผนที่โลก:

ถ้าเราเริ่มจาก Baikonur เริ่มเร่งไปทางทิศตะวันออกจากนั้นเราจะได้วงโคจรที่มีความเอียงของ Baikonur ละติจูด 45 ° (สีแดง) หากเราเริ่มเร่งไปทางตะวันออกเฉียงเหนือจุดเหนือสุดของวงโคจรจะอยู่ทางเหนือของ Baikonur นั่นคือความเอียงจะมากขึ้น (สีเหลือง) หากเราพยายามโกงและเริ่มเร่งไปทางตะวันออกเฉียงใต้ วงโคจรที่ได้จะยังคงมีจุดเหนือสุดทางเหนือของไบโคนูร์และมีความเอียงมากขึ้น (สีน้ำเงิน) อีกครั้ง

แต่วงโคจรดังกล่าวเป็นไปไม่ได้ทางกายภาพเพราะไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวลโลก แม่นยำกว่านั้นคือ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะบินโดยที่ดับเครื่องยนต์ คุณสามารถอยู่ในวงโคจรดังกล่าวได้ในบางครั้งในขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน แต่เชื้อเพลิงจะหมดเร็วมาก

ดังนั้น หากเราต้องการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรของ geostationary ไม่ใช่จากเส้นศูนย์สูตร เราจำเป็นต้องตั้งค่าความเอียงของวงโคจรใหม่ โดยสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ค่าใช้จ่ายเหล่านี้อธิบายได้ว่าทำไมจรวด Soyuz-2.1a ตัวเดียวกันจึงประสบความสำเร็จในการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรค้างฟ้าจาก Kuru cosmodrome ใกล้เส้นศูนย์สูตร แต่ไม่ได้ใช้งานจาก Baikonur สำหรับงานเหล่านี้

รัสเซียเป็นประเทศทางเหนือ และหากดาวเทียมสามารถปล่อยสู่ขั้วโลกและวงโคจร GLONASS ได้อย่างปลอดภัยจาก Plesetsk ซึ่งตั้งอยู่ที่ละติจูด 63 °สำหรับวงโคจรค้างฟ้ายิ่งคอสโมโดรมไปทางใต้ยิ่งดี และนี่คือปัญหาที่สองที่มีผลบังคับใช้ - ไม่ใช่ทุกอาณาเขตที่เหมาะสำหรับจักรวาล

ก้าวขึ้นกุมพล

จรวดสมัยใหม่ทั้งหมดเมื่อปล่อยดาวเทียม ปล่อยขั้นตอนที่ใช้ไปและแฟริ่งจมูกที่ตกลงสู่พื้นโลก หากสถานที่เกิดเหตุอยู่ในประเทศอื่น คุณต้องเจรจากับประเทศนั้นสำหรับการเปิดตัวแต่ละครั้ง ตัวอย่างเช่นความเอียงขั้นต่ำของ Baikonur cosmodrome ไม่ใช่ 45 ° แต่ 51 °เพราะไม่เช่นนั้นขั้นตอนที่สองจะตกสู่จีน:

และที่ซึ่งเวทีแรกล่ม คุณต้องเจรจากับคาซัคสถานและจ่ายค่าใช้พื้นที่เหล่านี้ บางครั้งปัญหาก็เกิดขึ้นและการปล่อยดาวเทียมล่าช้า พื้นที่ของฤดูใบไม้ร่วงจะต้องแปลกแยกค่อนข้างใหญ่:

และในส่วนยุโรปของรัสเซียไม่มีสถานที่ที่ดีสำหรับคอสโมโดรม ฉันเล่นกับแผนที่ในคอเคซัสคุณสามารถหลบและพยายามเปิดตัวจากภูมิภาค Mozdok แต่ถึงอย่างนั้นคุณจะต้องพยายามเพื่อไม่ให้ขั้นตอนที่สองตกอยู่ในคาซัคสถาน หากคุณปล่อยจรวดจากแหลมไครเมีย ด่านแรกจะตกอยู่ในพื้นที่ที่มีประชากรอาศัยอยู่ใกล้ Rostov-on-Don และด่านที่สองจะพยายามตกลงไปในคาซัคสถานอีกครั้ง และนั่นไม่ได้คำนึงถึงปัญหาโครงสร้างพื้นฐานในทั้งสองตัวเลือก เทียบกับพื้นหลังนี้ คุณจะมองถึงความโน้มเอียงที่มีอยู่สำหรับท่าเรือในสหรัฐฯ และเสียใจกับความไร้หัวใจของฟิสิกส์และภูมิศาสตร์

แต่เรายังมีชายฝั่งตะวันออก และถ้าเราวางคอสโมโดรมไว้ที่นั่น ก็จะเป็นไปได้ที่จะพบพื้นที่ห่างไกลสำหรับการล่มสลายของขั้นตอนที่ใช้ไปสำหรับความโน้มเอียงที่ต้องการมากที่สุด: 51, 6 ° (ไปยัง ISS และวงโคจรค้างฟ้า), 64, 8 ° (GLONASS, ดาวเทียมสำรวจโลกบางดวง), 98 ° (เข้าสู่วงโคจรขั้วโลก).

วิทยานิพนธ์อีกครั้ง

Vostochny cosmodrome จะช่วยให้เราสามารถเปิดตัว payloads ในวงโคจร geostationary และไปยัง ISS โดยไม่ต้องประสานงานการเปิดตัวเหล่านี้กับประเทศอื่น ๆ และจ่ายเงินสำหรับการใช้พื้นที่ยกเว้น ตั้งอยู่ทางตอนใต้ของประเทศและมีความเอียงของวงโคจรเริ่มต้นไม่เลวร้ายไปกว่า Baikonur มันไม่สมเหตุสมผลที่จะสร้างศูนย์ปล่อยยานสำหรับยิงจรวด Angara ใหม่ที่ Baikonur (อีกครั้งหนึ่ง การประสานงานของการเปิดตัวและพื้นที่ที่ชน) แต่จาก Vostochny จะให้น้ำหนักบรรทุกไม่น้อย

สิ่งเล็กน้อยที่ดี: ศูนย์ปล่อยยานใหม่ที่มีหอบริการ เช่นใน Kourou จะอนุญาตให้ปล่อยของบรรทุกแบบตะวันตก ซึ่งต้องติดตั้งบนยานปล่อยในตำแหน่งตั้งตรง

โบนัสก็คือการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน แรงผลักดันในการพัฒนาอาณาเขต เมืองวิทยาศาสตร์ และอื่นๆ

UPD: อินโฟกราฟิก น่าเสียดายที่เราไม่มีเวลาวาดตำแหน่งดาวเทียมใหม่ ยังสั้นมาก เราพยายามอธิบายสิ่งที่เขียนที่นี่ ในความคิดของฉันมันเปิดออกอย่างสวยงาม