На днях меня попросили проконсультировать инфографику РИА Новости, посвященную первому пуску с космодрома "Восточный". И там будет одно серьезное упрощение из-за ограничений формата материала. На самом деле, космодром "Восточный" нужен нам не из-за того, что большинство гражданских запусков происходит с космодрома "Байконур".
Но, чтобы объяснить, зачем он нам нужен, придется рассказать, почему орбиту космического аппарата можно сравнить с туннелем, а также объяснить, что за "железо" падает с неба, и на кого оно падает.Туннель в небе
Физика орбитального движения совершенно не интуитивна. Она скорее противоположна тому, что представляет себе обычный человек. И даже хорошие фильмы, вроде бы стремящиеся к реалистичности, дают совершенно неверное представление о том, как летают спутники и космические корабли. Помните "Гравитацию", в которой лихо перелетали от "Хаббла" к МКС, а затем к китайской станции? Даже если отбросить разницу в высоте орбит, один параметр орбитального движения убивает даже малейший шанс на такие перелеты. Этот параметр называется "наклонение орбиты".
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.
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
Ну, хорошо, с наклонениями мы разобрались, скажет читатель. А причем тут космодром? Дело в том, что есть такой неприятный физический закон:
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.
Свежие комментарии