Великий выход из сферы притяжения (Часть 1)
Мы иногда думаем, что «космос» — это то же самое, что и высота. Если подняться очень высоко, вы окажетесь в космосе. Однако на практике самое главное для ракеты — выйти на орбиту, и это зависит от скорости, а не от высоты. Некоторые из экспериментальных ракет ФАУ-2, запущенные с ракетного полигона Уайт Сэндз, достигали кромки космоса — поднимались достаточно высоко, чтобы сфотографировать кривизну Земли — но они падали назад на Землю. Давайте перестанем вспоминать фантастику, в реальности вы не начнете парить в космосе, как только достигнете «космической высоты». Даже если космический корабль набрал необходимую скорость, он все еще падает, как это было с ракетой ФАУ-2, но достигнув орбитальной скорости, он движется вперед так быстро, что «падает» по кривой к Земле и продолжает свое падение по замкнутой траектории. Вот почему астронавты, находясь на орбите, испытывают чувство свободного падения, похожее на чувство, которое вы испытываете, когда совершаете прыжок с высоты: они буквально все время падают. Вот почему ракету сразу после взлета начинают отклонять в сторону: она должна выйти на свою орбитальную траекторию.
Поэтому механика выхода на орбиту прежде всего должна обеспечить достижение очень высокой скорости, а не очень большой высоты. Космос, по международного соглашению, начинается на высоте всего лишь 100 км. Гагарин облетел Землю на высоте 300 км, близкой к обычной высоте полетов космических «Шаттлов», а космический корабль «Аполлон» пользовался на своем пути к Луне «парковочной орбитой» на высоте всего 185 км. Орбитальная скорость большинства таких полетов составляет 28 160 км/ч.
Выше орбитальной скорости скорость, необходимая для преодоления гравитационного поля Земли. И для крошечного спутника, и для огромного пилотируемого корабля она одинакова — около 40 225 км/ч. На временной орбите космический корабль «Аполлон» использовал двигатели третьей ступени, чтобы перейти от орбитальной, первой космической скорости, к скорости ухода от Земли, второй космической — чтобы преодолеть притяжение Земли и начать свое путешествие к Луне.
Скорость пули, выпущенной из самой мощной винтовки — 4344 км/ч. Этот факт поможет нам оценить силу, необходимую для ускорения всего космического корабля до 28 160 км/ч. В таком случае необходима вся возможная помощь. Даже выбор места для стартовой площадки значительно влияет на то, сколько энергии потребуется ракете, чтобы выйти на орбиту, потому что ракета может «занять» скорость у самого вращения Земли. Земля вращается на восток со скоростью, которая изменяется в зависимости от высоты. В нескольких метрах от Северного полюса скорость вращения крайне мала, но на экваторе поверхность планеты движется со скоростью, равной приблизительно 1670 км/ч. Двигатели ракеты только выигрывают от того, что могут воспользоваться любой возможной помощью, поэтому ракеты обычно запускают на восток, чтобы добавить планетарную скорость вращения. Ракетчики также просят строить их стартовые площадки по возможности ближе к экватору, чтобы максимально воспользоваться свободной скоростью. В 1952 году Вернер фон Браун признался, что фактор помощи вращения будет столь важным, что потребует от США расположить свой главный ракетный полигон на острове Джонстон в Тихом океане. Огромная стоимость транспортировки грузов на эту удаленную точку будет, как он представлял, компенсироваться выигрышем кинетической энергии, обеспечиваемой расположением ближе к экватору. Принцип использования скорости вращения заставил писателя-фантаста Жюля Верна в 1865 году разместить его воображаемый американский космический полигон во Флориде, самом южном континентальном штате США. Очень высокая стоимость доставки материальной базы на остров в Тихом океане заставила создать космический центр НАСА имени Кеннеди в штате, который предсказал Жюль Берн, естественно на Атлантическом побережье, так как запуски будут осуществляться в восточном направлении.
|
