невагомість

Минуло вже більше 60-ти років з тих пір, коли весь світ затамувавши подих вслухався в радіосигнали першого штучного супутника Землі. А сьогодні на орбітах ближнього космосу стає «тісно» різноманітним чинним і давно відслужив космічним апаратам. Але більшість сучасних людей має дуже абстрактне уявлення про таємниче явище - невагомості.
Деякі цим просто не цікавляться, інші не можуть зрозуміти, бо не отримують дохідливого пояснення. А в нашій державі - першому завойовника космосу, взагалі прибрали науку-астрономію з переліку загальноосвітніх предметів. Зате тепер уми підростаючого покоління наповнюються астрологією і законом божим. Навіть великий Інтернет за запитом «невагомість» видає занаученние і незрозумілі більшості формулювання.
Багато хто думає, що в космосі невагомість виникає сама по собі і панує там повсюдно. Але безповітряний простір і сила тяжіння ніяк між собою не пов'язані. Якби ракета полетіла строго вертикально хоч на сотні, хоч на тисячі кілометрів від Землі, а потім вимкнула двигуни, то просто впала б з цієї висоти назад, на те ж місце, звідки стартувала. Як звичайний цегла падає з верхнього поверху будівництва.
Щоб космічний апарат тримався на орбіті, йому необхідно розігнатися горизонтально. Абсолютна невагомість існує, але на значній відстані від Землі, не менше 20 мільйонів кілометрів, а це в 500 разів більше відстані до Місяця. Щоб не плутати людей, слід було б розглядати і вивчати окремо абсолютну невагомість, яка існує тільки на значній відстані від планети або світила, і орбітальну невагомість, яка виникає при польоті навколо Землі.
Якщо налити в відро трохи води, а потім швидко розкрутити його в вертикальній площині, то вода не буде виливатися вам на голову завдяки відцентровій силі. Або уявіть, що мчимо на мотоциклі через арочний міст - при досягненні достатньої швидкості, колеса мотоцикла відірвуться від вигину моста, і Ви на деякі миті «ЗАВІСНА» над його поверхнею.
І вода у відрі і мотоцикл на арковому мосту знаходять невагомість тільки завдяки відцентровій силі (силі інерції). Аналогічним чином літають космічні кораблі і супутники. Тільки у Землі немає верху або низу. Вірніше, низом слід вважати ядро ​​планети - її центр, а верхи всю сферичну поверхню.
Спочатку ракета подібно ліфта, строго вертикально піднімається на висоту не менше ста кілометрів. Дуже екстремально і грандіозно. Сотні тонн заліза і палива «їдуть» вгору, в прямому сенсі балансуючи на стовпі полум'я, люто виривається з сопел двигунів. Це аналогічно утриманню палиці в вертикальному положенні на кінчику пальця.
Основні (маршові) двигуни штовхають ракету, а кілька дрібних автоматично постійно зберігають рівновагу, злегка змінюючи кути напрямки своїх реактивних струменів. На документальних кадрах можна побачити, як перші експериментальні ракети постійно втрачали баланс і звалювалися на Землю.
При досягненні необхідної висоти ракета починає плавно, навмисне завалюватися на бік і збільшує швидкість. До цього моменту значна частина палива згоряє, а 4 з 5-ти двигунів (крім центрального) та повітряні обтічники відокремлюються, позбавляючи космічний апарат від тягаря марною маси. Тепер, в полегшеному вигляді, на єдиному центральному двигуні, решта ракети розганяється до першої космічної швидкості і остаточно лягає горизонтально.
Коли майже все паливо витрачено, відділяється останній маршовий центральний двигун. А космічний апарат в ще значно зменшеному і полегшеному вигляді продовжує горизонтальний політ тільки за інерцією. Він «прагне» летіти по прямій лінії, але Земля своїм тяжінням загинає його траєкторію навколо себе. У той же час, набрана швидкість (28 тис. Км / год.) Дозволяє нескінченно продовжувати це «падіння» за горизонт. Це і є орбітальний політ.
Для повернення на землю включається невеликий гальмівний двигун, сопло якого направлено вперед, і частково гасить швидкість. Апарат втрачає висоту і «чіпляється» за верхні пухкі шари повітря, провалюється ще глибше, гальмується про атмосферу, після чого розкриває парашут і благополучно спускається на землю.
Перша космічна швидкість створює спрямовану вгору відцентрову силу, яка врівноважує земне тяжіння, завдяки чому і виникає та сама невагомість. Для різних планет ця швидкість буде різною. Для Землі вона дорівнює 8 км в секунду або 28 тисяч км на годину. Це в 10 разів швидше кулі, і в 30 разів швидше реактивного авіалайнера.
Якби Земля не мала атмосфери і була гладкою, як більярдна куля, то можна було прямо по поверхні розігнати до першої космічної швидкості візок з реактивним двигуном. При досягненні 28 тис. Км / год ця колісниця знайде невагомість, відірветься від Землі, завдяки її опуклості, (як мотоцикл на арковому мосту) і перейде на бриючий орбітальний політ.
А оскільки атмосфери у нас умовно немає, то немає і опору повітря. І візок, одного разу отримавши прискорення в 28 тисяч км / год, так і буде вічно носитися низько навколо Землі вже без тяги реактивного двигуна.
Так що висота, яку набирає космічна ракета, необхідна тільки для того, щоб піднятися над атмосферою, яка не дозволяє розігнатися навіть до десятої частки першої космічної швидкості. Вакуум НЕ створює опору розгону, і починається на висоті 120 км. Опинившись в безповітряному просторі (вакуумі) ракета, щоб знайти невагомість і залишитися на орбіті, плавно переходить з вертикального польоту в горизонтальний з набором швидкості до 28 000 км / год
Чим масивніше планета, тим більша швидкість буде потрібно для орбітального польоту, і навпаки. Наприклад, на Місяці сила тяжіння в 6 разів менше Земний, і 90-кілограмовий чоловік там буде важити всього 15 кг. Тому для орбітального польоту навколо Місяця досить швидкості тільки 6 тис. Км / год. Оскільки на Місяці немає атмосфери, а найвища гора 11,5 км, то орбіту можна закласти там вже на висоті 12 км.
Уявімо, що якийсь астронавт висадився на невеликий астероїд (міні-планету) кулястої форми з радіусом всього 200 метрів. Тоді він легко зміг би кинути камінь в самого себе. Метнути його за горизонт, який там дуже близький, і через півхвилини отримати удар по потилиці тим же каменем, який прилетів з-за обрію вже позаду. При такому малому радіусі і слабкому тяжінні астероїда, досить і сили людської руки, щоб кругляк міг облетіти навколо цієї міні-планети. Швидкість кидка і буде для неї першою космічною швидкістю.
А якби наша Земля була більш масивною, володіючи більшим тяжінням, то сьогодні ми навряд чи жили в століття космічних польотів, тому що ще не змогли будувати настільки потужні ракети, яким для виходу на орбіту було б розганятися в рази швидше.
Наприклад, для Юпітера (наймасивнішою планети сонячної системи) перша космічна швидкість повинна бути в сорок разів швидше, ніж для Землі (1 млн. 200 тис.км / год.)
Чим вище орбіта, тим відповідно більше довжина її окружності. Тобто, чим вище летить космічний апарат, тим більше кілометрів буде в одному витку. При цьому сила тяжіння Землі зі збільшенням відстані від неї діє слабше. Отже, швидкість, яка створить необхідну відцентрову силу для утримання апарату на високій орбіті, буде потрібно менше, ніж для низької орбіти.
Але для того, щоб вирватися з «обіймів» земного тяжіння і полетіти на значну відстань від планети, необхідно розігнатися на низькій орбіті до другої космічної швидкості - 42 тис.км / год. На такій швидкості космічний апарат буде летіти навколо Землі не по замкнутій орбіті, а по спіралі, поки не сумнівайся за межі зони тяжіння, після чого траєкторія польоту стане прямою.
Якщо ж швидкість буде менше другої космічної, то сила земного тяжіння не відпустить апарат (оскільки тягне його не тільки вниз, як при орбітальному польоті, а ще й тому, бо він ніби піднімається в гору), і поступово загнеться траєкторію його польоту назад . Він почне падати до Землі, але не прямо на неї, а побіжно. Зі скороченням відстані буде збільшуватися тяжіння, а отже і швидкість. Потім апарат на близькій відстані обігне Землю, але завдяки набраної швидкості при «падінні», розвине величезну відцентрову силу, і вона метнёт його назад на висоту, з якої він звалився.
Як якщо на бігу схопитися рукою за стовп, закрутитися навколо нього в півоберта, розтиснути руку і спотикаючись помчати назад. Але між стовпом і тілом прив'язана гумка, яка поступово загальмує втікання, потягне назад і все повториться.
За таким витягнутих орбітах літають комети навколо Сонця, сповільняться в апогеї і максимально прискорюючись в перигелії (найменшій відстані від світила). Наприклад, комета Галея кожні 72 роки повертається до Сонця, яке своїм потужним тяжінням розганяє її, і відцентрова сила знову вистрілює комету на околицю системи.
За цим принципом «закидаються» геостаціонарні супутники. Досягнувши апогею, вони включають коригувальний двигун, щоб підтримати згасаюче швидкість, що дозволяє закріпитися на високій круговій орбіті і не звалитися назад.
Однак, швидкість геостаціонарних супутників менше першої космічної (28 тис.км / год) в 3 рази. Це тому, що на такій відстані тяжіння Землі в 3 рази слабкіше, ніж поблизу. У той же час, довжина кола орбіти таких супутників дорівнює 226 тисяч км. Це замкнуте відстань геостаціонарні супутники пролітають на швидкості близько 10 тис. Км / год. рівно за добу (одне звернення Землі навколо власної осі).
Геостаціонарна орбіта пролягає над екватором, тобто строго в площині обертання нашої планети, на висоті 36 тис. Км. Тому що на цій висоті один виток апарати пролітають за добу, тобто синхронно з обертанням Землі. Таким чином, супутники, виведені на геостаціонарну орбіту, як би висять над конкретними точками на землі. Завдяки цьому ефекту народився фантастичний проект космічного ліфта ...
Ідея така, що якби вдалося виготовити дуже легку і міцну стрічку, то її можна було спустити з геостационарного супутника на Землю, натягнути, і транспортувати по ній корисні вантажі в космос. Але відцентрової сили супутника ледь вистачає на те, щоб він тримався на своїй висоті. А для пересування ліфта по натягнутій між Землею і супутником стрічці потрібен надлишок цієї сили.
Для цього супутник, а точніше кінцева станція космічного ліфта повинна розташовуватися вище геостаціонарної орбіти. За рахунок того, що швидкість цієї станції така ж, як для висоти 36 тис. Км. (Синхронної з обертанням Землі), а розташовується вона вище (більше 40 тис.км.), де досить меншій швидкості, виникає надлишок відцентрової сили відносно Землі.
Масивна станція буде прагнути піднятися вище, створюючи тим самим натяг стрічки космічного ліфта. Подібно до того, як в легкій атлетиці метальник «молота» розкручує металеве ядро ​​на тросі, який сильно натягується. Тільки в ролі атлета буде виступати сама планета Земля. Швидкості її добового обертання достатньо, щоб вантаж (кінцева станція) на відстані більше 40 тис. Км. створював натяг стрічки, а космічний ліфт міг легко по ній підніматися ...
За цим посиланням можна прочитати статтю про космічний ліфт -
http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html
А тут дуже наочний 2-х серійний Док.фільм від 1-го каналу «Відкритий космос»
https://www.youtube.com/watch?v=qqBa_uxs6v8
З 58-річчям першого орбітального польоту людини!

рецензії