Всё о космических путешествиях за 60 минут

Законы Солнечной системы

Немецкий астроном Иоганн Кеплер вывел законы движения планет, которые фактически управляют всем в Солнечной системе, включая кометы, метеориты и космические корабли, после изучения данных, собранных датским астрономом Тихо Браге. Не буду вдаваться в математические подробности и раскрою здесь лишь суть этих законов. Первый закон гласит, что планеты движутся по эллипсу, а Солнце располагается в одном из фокусов этого эллипса. Согласно второму закону радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, «заметает» равные площади за равные промежутки времени по мере движения планеты. Третий закон заключается в следующем: если время, затрачиваемое планетой на один оборот (период обращения), возвести в квадрат, это число будет пропорционально кубу наибольшего диаметра ее орбиты. Так, если эллипс станет больше в четыре раза, время обращения увеличится в восемь (4³ = 64; √64 = 8).

Но мы слишком торопимся. Из предыдущей главы вы помните, как ракеты используются для поднятия космических кораблей с поверхности Земли до линии Кармана, которая обозначает границу между атмосферой нашей планеты и космосом. Так вот, если учесть то, что Ньютон и Кеплер поведали нам о гравитации и орбитах, как именно космический корабль прокладывает свой курс от берегов космического океана в межпланетное пространство?

Отправляемся!

Самый простой вид полетов в космос, который допускает гравитация, – это суборбитальные полеты: ракета взлетает с поверхности Земли и летит по гигантской дуге, возносясь немного выше линии Кармана, пока сила тяжести не вернет ее обратно на поверхность Земли. Когда 5 мая 1961 года Алан Шепард стал первым американцем в космосе, именно такой была траектория его 15-минутного полета. Корабль Шепарда стартовал с мыса Канаверал во Флориде на ракете «Меркурий-Редстоун» и достиг максимальной высоты в 188 км, после чего упал в Атлантическом океане в 487 км от места старта.

Оператор космического туризма Virgin Galactic скоро планирует запустить короткие суборбитальные экскурсии в космос: пассажиров будут поднимать над линией Кармана на космическом самолете с ракетным двигателем, который затем приземлится на взлетно-посадочной полосе, как обычный самолет. Суборбитальные траектории также все еще используются в некоторых научно-исследовательских полетах, когда небольшие твердотопливные «зондирующие ракеты» выводят научные приборы в космос для кратковременного сбора данных.

В отличие от других мы не замедлились, когда добрались до Луны: нам нужна была сила тяжести, чтобы вернуться.

Джеймс Артур Ловелл, командир корабля «Аполлон-13» (2011)

Следующий пункт назначения за линией Кармана – околоземная орбита. Удобство в орбитах любого рода состоит в том, что они самоподдерживающиеся Это означает, что, пока космический корабль находится на достаточной высоте, чтобы избежать торможения о нижележащую атмосферу планеты, которое может замедлить его, он будет бесконечно продолжать вращение по орбите без необходимости запуска двигателей.

Представьте пушку, расположенную на вершине высокой горы. Пушка стреляет снарядами вдоль линии горизонта, и каждый выстрел оказывается сильнее, чем предыдущий. Первый снаряд вылетает из пушки и приземляется у подножия горы, но по мере увеличения мощности каждый очередной снаряд оказывается все дальше и дальше от нее, пока в конце концов гравитации не удастся уронить снаряд таким образом, что тот облетит планету. Снаряд все еще падает под действием силы тяжести, но он движется так быстро, что поверхность планеты из-за своей кривизны движется с той же скоростью.