imagesizmenenie-vysoty-perigeja-pri-sohranenii-vysoty-apogeja-thumb.jpg

Общие сведения о космических аппаратах и ракетах [1961 Александров С

Рассмотрим более подробно движение космических аппаратов в солнечной системе по эллиптическим орбитам и, в частности, полеты к другим планетам. Таким образом, при изучении законов движения космических аппаратов следует в первую очередь рассмотреть задачу о движении их в поле тяготения одного небесного тела — в центральном поле тяготения.

Рассматриваются основные проблемы, связанные с длительным пребыванием космических аппаратов в межпланетном пространстве. Земле и сила притяжения к Солнцу при рассмотрении движения тела μ в гелиоцентрической системе. Соответственно вне сфер действия планет характер движения космического аппарата определяется в основном полем тяготения Солнца. Для Земли на уровне ее поверхности параболическая скорость равна Vпар = 11,19 км/сек.

При движении спутника по эллиптической орбите (рис.5) высота его над поверхностью Земли h изменяется. Спутник, запущенный в восточном направлении и выведенный на круговую орбиту, лежащую в плоскости экватора на высоте 35 800 км, находился бы все время над одной и той же точкой земной поверхности. При движении спутника по круговой орбите скорость его постоянна и равна первой космической скорости на высоте полета спутника.

Для спутников, движущихся в пределах верхних слоев атмосферы, сопротивление ее постепенно изменяет скорость движения спутника и вызывает непрерывные (вековые) изменения формы его орбиты. Вековые возмущения, действуя все время в одну и ту же сторону, приводят с течением времени к существенным изменениям элементов орбиты. Влияние полей тяготения Солнца и Луны на движение близкого к Земле спутника весьма мало. Однако с увеличением высоты орбиты оно существенно возрастает.

Уменьшение высоты перигея приведет в конечном счете к тому, что спутник войдет в плотные слои атмосферы, где и разрушится. В результате этого время существования искусственного спутника Земли, движущегося по орбите с высоким апогеем, может оказаться весьма ограниченным. Движение спутника по отношению к Земле является результатом сложения его движения по орбите, суточного вращения Земли и прецессии плоскости орбиты. Рассмотрим движение спутника, начиная с некоторой точки орбиты.

Луны с последующим выходом космического аппарата за пределы сферы действия Земли и превращением его в спутник Солнца — искусственную планету. Соответственно и траектория полета космического аппарата до вхождения его в сферу действия Луны может быть эллиптической, параболической или гиперболической.

Наиболее благоприятно осуществление полета к Луне в случае, когда плоскость траектории космического аппарата совпадает с плоскостью лунной орбиты. Для этого нужно, чтобы Луна в этот период времени находилась по отношению к наблюдательным пунктам вблизи точки верхней кульминации. Для осуществления облета Луны с возвращением к Земле скорость космического аппарата в конце участка выведения должна быть меньше параболической.

Скорость космического аппарата на границе сферы действия Земли V*, как видно из формулы (1.18), однозначно определяется скоростью V0 и высотой h0 в конце участка выведения. Значение третьей космичеcкой скорости при высоте h0 = 0, т. е. у поверхности Земли, составляет около 16,7 км/сек. Как видно из таблицы, при скорости космического аппарата V0, превышающей параболическую на 2 км/сек, перигелий его орбиты будет расположен вблизи орбиты Меркурия.

Законы движения космических аппаратов

В настоящее время созданы первые космические аппараты. Запуск их осуществляется с помощью многоступенчатых космических ракет, одним из видов которых являются ракеты-носители искусственных спутников.

Будут созданы новые типы космических ракет, в том числе ракеты с двигателями, работающими на ядерной энергии. Сегодня невозможно предвосхитить все особенности устройства и конструкции космических аппаратов будущего, хотя в современной технической литературе встречается немало их описаний и проектов.

В настоящей главе излагаются общие сведения о космических аппаратах и ракетах, законах их движения и особенностях устройства. Полет любого космического аппарата обычно разделяется на два основных этапа. На первом этапе космическая ракета, или ракета-носитель, сообщает ему необходимую скорость в заданном направлении.

Поэтому при рассмотрении законов движения космических аппаратов мы будем интересоваться в основном вторым этапом полета — движением космических аппаратов после придания им необходимой скорости. Прежде чем приступить к непосредственному рассмотрению законов движения космических аппаратов, остановимся вкратце на основных характеристиках нашей солнечной системы. Как видно из данных табл. 1, все планеты, кроме Плутона, имеют орбиты с небольшим эксцентриситетом — близкие к круговым, причем плоскости их орбит примерно совпадают.

Космические ракеты и ракеты-носители искусственных спутников. Выведение на орбиту

К таким планетам относится и Земля, естественным спутником которой является Луна. Расстояния планет от Солнца в тысячи и десятки тысяч раз превышают их диаметры. Минимальные расстояния от Земли до ближайших планет Венеры и Марса составляют соответственно 39 и 56 млн.км. Поля тяготения других небесных тел, в том числе и Солнца, создают малые возмущения этого основного движения космического аппарата и в первом приближении могут не учитываться.

Полет с переменной скоростью

Поля тяготения планет в этом случае создают малые возмущения гелиоцентрического движения космического аппарата. В первом приближении можно считать, что Земля, как и другие небесные тела — Солнце и планеты, имеет форму шара и сферически симметричное распределение плотности. Определим потенциальную энергию космического аппарата, находящегося на расстоянии r от центра тяготения, предположив, что поверхность нулевого потенциала расположена в бесконечности.

Для приближения орбиты космического аппарата к Солнцу на близкие расстояния необходимо придать ему в конце участка выведения весьма большую скорость. Если космический аппарат находится вблизи от одной из планет, то основной гравитационной силой, действующей на него, является сила притяжения к этой планете. Если начальная скорость космического аппарата V0 < V пар, то движение его происходит по эллиптической орбите, если V0 = Vпар - по параболической, а если V0 > Vпар — по гиперболической орбите.

Не проходите мимо: