Всё о космических путешествиях за 60 минут

Низкая околоземная орбита (НОО) расположена примерно в 200 км над поверхностью Земли и простирается до 2000 км. Самая низкая траектория полета по НОО требует скорости примерно 7800 м/с (28 000 км/ч), поэтому космические аппараты, летящие по такой траектории, обычно совершают один оборот вокруг Земли за 90 минут. МКС с постоянным экипажем вращается вокруг Земли по НОО на высоте около 400 км. НОО обычно является отправной точкой для космических миссий, предполагающих дальние путешествия; также ее иногда называют парковочной орбитой, поскольку это первый пункт назначения после запуска с Земли.

Одним из следствий законов Кеплера является то, что чем выше космический аппарат вращается над планетой, тем медленнее он движется. При нахождении на НОО на высоте 1000 км орбитальная скорость снижается до 7400 м/с (26 640 км/ч), что увеличивает время одного оборота с 90 до 105 минут. Продолжайте увеличивать высоту, и в итоге период обращения окажется равен 24 часам, то есть периоду вращения Земли. Это происходит на высоте 35 786 км.

Если орбита находится непосредственно над экватором Земли, то наблюдателю с Земли, смотрящему вверх, будет казаться, что космический корабль завис в одной точке неба, поскольку он вращается с той же угловой скоростью, что и Земля вокруг своей оси. Такая орбита называется геостационарной.

Спутники связи и телевидения расположены на геостационарных орбитах, поэтому не нужно перемещать приемники, чтобы поймать сигнал. Поскольку спутники находятся над экватором, по крайней мере в северном полушарии спутниковые телевизионные тарелки на домах всегда указывают в южном направлении.

Поднимитесь на низкую околоземную орбиту, и вы окажетесь на полпути в любую точку Солнечной системы.

Роберт Хайнлайн (1950)

В числе других типов орбит – полярная, будучи на которой спутник, наклоненный к экватору под углом 90°, проходит над полюсами, и солнечно-синхронная, находясь на которой спутник всегда размещается между Солнцем и планетой и может наблюдать земную поверхность, освещенную солнечным светом.

Как добраться из точки А в точку Б

Для самых захватывающих космических миссий низкая околоземная орбита – это только начало. Сотрудники центра управления полетами выбирают момент и запускают двигатели космического аппарата, чтобы вывести его с НОО на так называемую гомановскую траекторию. Впервые описанная немецким инженером Вальтером Гоманом в 1925 году эта эллиптическая траектория перекрывает разрыв между двумя приблизительно круговыми орбитами. В результате второго включения двигателя космический аппарат переходит с гомановской траектории на более высокую (или низкую – в зависимости от направления движения) орбиту.

Гомановская траектория помогает преодолеть разрыв между двумя орбитами, расположенными на разных высотах над Землей. А также переместиться с околоземной орбиты на орбиту другой планеты в Солнечной системе. В этом случае необходимо тщательное планирование: одно дело просто «прыгать» между орбитами, но при перемещении с планеты на планету должна быть точка назначения. Например, бесполезно достигать орбиты Марса, если сама планета находится на противоположной стороне Солнца.

Так появилось понятие «стартовые окна» – жесткие временные интервалы, в течение которых космический аппарат может покинуть Землю. Например, стартовым окном для марсохода NASA Curiosity был период с 25 ноября по 18 декабря 2011 года, и даже в этот промежуток времени суточное вращение Земли означало, что окно открыто менее двух часов в сутки. К счастью, марсоход успешно стартовал 26 ноября и совершил посадку 6 августа 2012 года. По состоянию на конец марта 2020 года он все еще занимается изучением поверхности Красной планеты.

Все было так ново – сама идея полета в космос была новой и смелой. Учебников не было, поэтому писать их пришлось нам.

Кэтрин Джонсон (1999)

Межпланетные перелеты сопряжены с дополнительными сложностями, такими как необходимость учитывать гравитацию Земли во время запуска двигателей, а также планеты назначения по прибытии. Когда в рамках программы «Аполлон» астронавты отправились на Луну, траектория перехода была особенно трудной, поскольку из-за близости Земли и Луны на космический корабль одновременно воздействовала сила притяжения обоих тел. Решением оказалась траектория в виде восьмерки, в соответствии с которой аппарат сначала облетел Луну, а затем направился обратно к Земле.