2.1. Математическая модель невозмущенного движения КА

Рассматривая абсолютное»движение КА, запишем, используя второй закон Ньютона, дифференциальное уравнение движения в векторной форме в виде



При движении около Земли в общем случае следует учитывать еще две силы. Это сила F₂ вызванная нецентральностью сил тяготения Земли (прежде всего из-за несферичности и неравномерной плотности Земли), а также аэродинамическая сила F₂, возникающая при движении КА в плотных слоях атмосферы.

Третий вид сил имеет место в результате работы двигательной установки — это сила тяги F₃. Кроме того, в некоторых случаях могут возникать всякого рода дополн ... Читать дальше »

Глава 2. Невозмущенное движение

При решении многих задач космической баллистики достаточно наглядное и приемлемое по точности представление о движении КА (по крайней мере, в рамках задач проектной баллистики) можно получить, если учесть воздействие на него лишь одного, наиболее сильно притягивающего тела, и пренебречь влиянием всех других небесных тел. Учитывая, что масса КА ничтожна по сравнению с массой притягивающего тела, орбитальный аппарат правомерно рассматривать как материальную точку, притягиваемую к центральному телу, но не притягивающую это тело. Принятие подобного предположения приводит к понятию пассивно гравитирующего ка.

Невозмущённым или кеплеровым движением называют такое движение материальной точки, которое происходит под действием только одной центральной силы гравитационного притяжения, величина которой, приложенная к пассивно гравитирующему КА, обратно пропорциональна квадрату расстояния до притягивающего центра. В этом случае оказывается ... Читать дальше »

1.12. Межпланетная среда

 Межпланетное пространство далеко не пустое. Оно содержит электромагнитное излучение (фотоны), горячую плазму (электроны, протоны и другие ионы), солнечный ветер, космические лучи, микроскопические частицы пыли и магнитные поля (прежде всего Солнца).

В то время как излучение Солнца очевидно, другие компоненты межпланетной среды не были обнаружены еще до недавнего времени.

Температура межпланетной среды составляет приблизительно 100 000 К, ее плотность — примерно 5 частиц на см⁸ в пределах Земли и уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Необходимо отметить, что плотность межпланетной среды — переменная величина, она может доходить и до 100 частиц на см³.

За исключением пространств в непосредственной близости к некоторым из планет, межпланетный космос заполнен магнитным полем Солнца. Взаимодействия с солнечным ветром очень сложны.

Некоторые планеты (например, Земля, Юп ... Читать дальше »

1.11. Метеоры и метеориты

Очень маленькие камни, облетающие по орбите Солнце, иногда называют метеорными тепами, чтобы отличить их от больших астероидов. Когда такое тело входит в атмосферу Земли, оно сильно разогревается, и в небе мы видим яркую полоску — метеор. В отдельных случаях крупное метеорное тело при своем движении в атмосфере не успевает испариться и достигает поверхности Земли. Этот остаток метеорного тела называют метеоритом.

Итак, метеором называют световое явление, возникающее на высоте 130. ..80 км при вторжении в земную атмосферу частиц — метеорных тел — из межпланетного пространства. Скорости движения метеорных тел по отношению к Земле могут быть различными — 11...75 км/с в зависимости от того, догоняет ли метеорное тело Землю при ее обращении вокруг Солнца или же движется ей навстречу.

На протяжении суток можно зарегистрировать огромное число метеоров. Масса метеорного тела, вызывающего такое явление, составляет всего 4,6 г.

Кроме е ... Читать дальше »

1.10. Малые тела. Астероиды и кометы

В Солнечной системе существуют тысячи известных астероидов и комет и, несомненно, намного больше неизвестных. Большинство астероидов обращаются вокруг Солнца по орбите между Марсом и Юпитером. Орбиты некоторых лежат за орбитой Юпитера, есть также я такие астероиды, чьи орбиты располагаются ближе к Солнцу, чем Земля (например, Икар). Большинство комет имеет высокоэллиптические орбиты и большую часть своего времени обращения они находятся во внешних областях Солнечной системы, подходя близко к Солнцу только на короткое время.

Различие между кометами и астероидами не является однозначно принятым, более того, оно весьма спорно. Все же большинство сходится к тому, что основное различие состоит в том, что кометы имеют более вытянутые орбиты.

Астероиды — это малые планеты (или планетоиды), имеющие диаметры 1...1000 км, и орбиты, расположенные преимущественно между орбитами Марса и Юпитера. Догадка о том, что между орбитами Марса ... Читать дальше »

1.9. Спутники планет

Многие планеты Солнечной системы имеют спутники. У Юпитера до последнего времени было известно 16 спутников: 4 больших (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) и 12 маленьких. Но в конце 2000 г. были обнаружены еще 10 спутников, из которых 9 обладают обратным орбитальным движением по орбитам, удаленным от Юпитера на расстояние около 22 млн км. Орбита десятого спутника проходит в 12 млн км от планеты-гиганта.

У Сатурна в настоящее время насчитывается 30 известных спутников, причем 19 из них были обнаружены в последние двадцать лет. Большая часть спутников имеет прямое орбитальное движение, часть — обратное. Самым крупным из известных спутников Сатурна является Титан.

Уран имеет 15 известных, имеющих названия лун, и 5 недавно обнаруженных, еще не получивших наименования, спутников. Два самых крупных спутника Урана — Оберон и Умбри-эль — кажутся совершенно одинаковыми, хотя Оберон на 35% больше.

Самым большим из самых известных на сегодня спу ... Читать дальше »

1.8. Приближенные модели атмосфер планет

При проведении проектно-баллистических исследований движения КА в атмосферах Земли, Венеры, Марса, Юпитера необходимо располагать полными и строгими моделями атмосфер.

Если для условий Земли структура и параметры атмосферы изучены достаточно хорошо, то для других планет надежные данные отсутствуют. При проведении расчетов часто используют приближенные модели атмосфер, основанные на допущении об изотермичности атмосферы (постоянстве температуры по высоте). Это допущение приводит к простому закону изменения плотности атмосферы — экспоненциальному закону вида (1.5). В табл. 1.1 приведены данные по газовому составу атмосфер планет, а также значения параметров р₀ и B для закона (1.5).

1.7. Плутон и Харон

ПЛУТОН. Это самая удаленная от Солнца и самая маленькая планета. Плутон меньше, чем такие семь спутников планет Солнечной системы, как Луна, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Титан и Тритон.

Плутон — единственная планета, не посещенная ни одним космическим кораблем. Даже космический телескоп Хаббла способен разрешить только самые крупные особенности на ее поверхности. Спутник Плутона, Харон, был обнаружен в 1978 г.

Точный размер радиуса Плутона неизвестен (он вычислен с ошибкой, составляющей почти 1%).

Орбита Плутона сильно вытянута. Время от времени он бывает расположен ближе к Солнцу, чем Нептун. Плутон вращается в направлении, противоположном направлению вращения большинства других планет.

Подобно Урану, плоскость экватора Плутона расположена почти под прямым углом к плоскости орбиты.

Температура на поверхности Плутона неизвестна, предполагается, что она составляет-228 °С ... -238 °С.

Относительно атмосферы Плу ... Читать дальше »

1.6. Планеты Юпитеровой группы (гигантские планеты)

ЮПИТЕР. Это пятая от Солнца и самая большая по величине планета Солнечной системы. Юпитер более чем в два раза массивнее, чем все остальные планеты вместе взятые (он в 318 раз массивнее Земли).

Газовые планеты, к которым относится Юпитер, не имеют, вероятно, твердой поверхности, их газообразный материал просто становится более плотным с глубиной (радиусы и диаметры для таких планет определяют по уровням, соответствующим давлению в 1 атмосферу).

Юпитер состоит приблизительно на 90% из водорода и на 10% из гелия (по числу атомов), по массе соответственно 75% и 25%, со следами метана, воды, аммиака. Этот состав очень близок к составу исконной Солнечной Туманности, из которой сформировалась вся Солнечная система.

Как полагают, существует три отчетливо выделяемых слоя облаков: из замороженного аммиака, гидросульфида аммония и смеси льда и воды.

На Юпитере и других газовых планетах существуют полосы ... Читать дальше »

1.5. Планеты Земной группы (маленькие планеты)

МЕРКУРИЙ. Орбита Меркурия очень вытянута: перигелий равен 46 млн км от Солнца, а афелий — 70 млн км. Период обращения вокруг Солнца составляет 88сут. Перигелий орбиты пре-•вессирует вокруг Солнца с очень малой скоростью.

До 1962 г. считали, что день на Меркурии длится столько же, сколько и год, так как он повернут к Солнцу всегда одной и той же стороной, как Луна к Земле. Но в 1965 г. наблюдения показали, что это предположение было неправильным. Теперь известно, что Меркурий совершает оборот три раза за два своих года.

Колебания температуры на Меркурии самые большие в Солнечной системе: 90...700 К.

У Меркурия очень разреженная атмосфера, состоящая из атомов, выбиваемых солнечным ветром из его же поверхности. Так как Меркурий очень горяч, эти атомы быстро улетают в космос. Таким образом, в отличие от Земли и Венеры, чьи атмосферы устойчивы, атмосфера Меркурия постоянно меняется.

У Меркурия есть ... Читать дальше »