Terowongan luar angkasa dan besi di kepala atau mengapa kita membutuhkan kosmodrom Vostochny

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Suatu hari saya diminta untuk berkonsultasi dengan infografis RIA Novosti, yang didedikasikan untuk peluncuran pertama dari kosmodrom Vostochny. Dan akan ada satu penyederhanaan utama karena keterbatasan format materi. Faktanya, kita tidak membutuhkan kosmodrom Vostochny karena sebagian besar peluncuran sipil dilakukan dari kosmodrom Baikonur.

Tetapi untuk menjelaskan mengapa kita membutuhkannya, kita harus memberi tahu mengapa orbit pesawat ruang angkasa dapat dibandingkan dengan terowongan, dan juga menjelaskan "besi" jenis apa yang jatuh dari langit, dan kepada siapa ia jatuh.

Terowongan di langit

Fisika gerak orbital benar-benar berlawanan dengan intuisi. Sebaliknya, itu adalah kebalikan dari apa yang dibayangkan orang biasa. Dan bahkan film-film bagus, yang tampaknya berjuang untuk realisme, memberikan gagasan yang sepenuhnya salah tentang bagaimana satelit dan pesawat ruang angkasa terbang. Ingat "Gravity", yang terkenal terbang dari Hubble ke ISS, dan kemudian ke stasiun Cina? Bahkan jika kita membuang perbedaan ketinggian orbital, satu parameter gerakan orbital membunuh bahkan kemungkinan sekecil apa pun dari penerbangan semacam itu. Parameter ini disebut "kemiringan orbit".

Kemiringan orbitadalah sudut antara bidang orbit satelit dan bidang ekuator (untuk satelit Bumi)

Misalnya untuk kasus "Gravity" gambarnya akan seperti ini:

Dan fakta bahwa bidang orbit tidak bertepatan sama sekali bukanlah masalah. Masalah sebenarnya adalah bahwa untuk orbit lingkaran rendah (dan Hubble, ISS, Tiangong dan massa satelit lainnya adalah orbit lingkaran rendah), perubahan kemiringan sangat mahal. Untuk "memutar" orbit sebesar 45 °, kita harus mengubah kecepatan kita sekitar 8 km / s, jumlah yang sama dengan yang kita butuhkan untuk memasuki orbit. Dan mengubah kecepatan adalah pemborosan bahan bakar dan reset tahapan. Artinya, jika sebuah roket dengan massa 300 ton menempatkan 7 ton ke orbit, maka setelah perubahan kemiringan sebesar 45 °, hanya 150 kilogram yang tersisa. Faktanya, setiap pengorbit terbang di dalam terowongan yang tidak terlihat, yang diameternya tergantung pada kemampuannya untuk mengubah kecepatannya. Karena itu, ketika meluncurkan satelit, mereka mencoba membawanya segera ke kemiringan yang diinginkan.

Jalan rusak

Kemiringan apa yang digunakan untuk pengorbit yang ada? Ada banyak satelit di orbit Bumi sekarang:

Jika Anda perhatikan lebih dekat, Anda dapat melihat bahwa ada lebih banyak satelit di beberapa orbit. Berikut adalah gambar yang menunjukkan pergerakan satelit relatif terhadap Bumi:

Orbit geostasioner (hijau). Ini adalah orbit melingkar dengan ketinggian 36.000 km dan kemiringan 0 °. Satelit di atasnya terletak di atas satu titik di permukaan bumi, oleh karena itu, pada gambar, orbit geostasioner yang benar ditunjukkan oleh titik hijau. Loop hijau adalah satelit yang rusak atau kehabisan bahan bakar. Orbit geostasioner berada di bawah pengaruh bulan yang mengganggu, dan Anda perlu menghabiskan bahan bakar hanya untuk tetap di tempatnya. Orbit ini dihuni oleh satelit-satelit telekomunikasi yang menguntungkan, sehingga sudah sulit mencari tempat kosong di atasnya.

Orbit GLONAS / GPS (biru dan merah). Orbit ini memiliki ketinggian sekitar 20.000 kilometer dan kemiringan sekitar 60 °. Sesuai namanya, mereka membawa satelit navigasi.

Orbit kutub (kuning). Orbit ini cenderung di wilayah 90 ° dan ketinggian biasanya tidak lebih dari 1000 km. Dalam hal ini, satelit akan terbang di atas kutub setiap revolusi dan akan melihat seluruh wilayah Bumi. Subspesies terpisah dari orbit semacam itu adalah orbit sinkron matahari dengan ketinggian 600-800 km dan kemiringan 98 °, di mana satelit terbang di atas berbagai bagian Bumi pada waktu setempat yang kira-kira sama. Orbit ini diminati untuk satelit meteorologi, pemetaan, dan pengintaian.

Selain itu, orbit ISS dengan ketinggian 450 km dan kemiringan 51,6 ° harus diperhatikan.

Geografi tanpa hati

Baiklah, kami menemukan suasananya, kata pembaca. Dan di mana kosmodrom? Faktanya adalah bahwa ada hukum fisik yang tidak menyenangkan:

Kemiringan awal orbit tidak boleh kurang dari garis lintang kosmodrom

Mengapa demikian? Semuanya menjadi lebih jelas jika kita menggambar lintasan satelit di peta Bumi:

Jika kita, mulai dari Baikonur, mulai berakselerasi ke timur, maka kita mendapatkan orbit dengan kemiringan garis lintang Baikonur, 45 ° (merah). Jika kita mulai berakselerasi ke timur laut, maka titik orbit paling utara adalah utara Baikonur, yaitu, kemiringannya akan lebih besar (kuning). Jika kita mencoba menipu dan mulai mempercepat ke tenggara, maka orbit yang dihasilkan akan tetap memiliki titik paling utara di utara Baikonur dan, sekali lagi, kemiringan yang lebih besar (biru).

Tetapi orbit seperti itu secara fisik tidak mungkin, karena tidak melewati pusat massa Bumi. Lebih tepatnya, tidak mungkin terbang dengan mesin mati. Anda bisa berada di orbit seperti itu untuk beberapa waktu dengan mesin menyala, tetapi bahan bakarnya akan habis dengan sangat cepat.

Jadi, jika kita ingin meluncurkan satelit ke orbit geostasioner bukan dari khatulistiwa, kita perlu mengatur ulang kemiringan orbitnya, memakan bahan bakar. Biaya inilah yang menjelaskan mengapa roket Soyuz-2.1a yang sama berhasil meluncurkan satelit ke orbit geostasioner dari kosmodrom Kuru dekat khatulistiwa, tetapi tidak digunakan untuk tugas-tugas ini dari Baikonur.

Rusia adalah negara utara. Dan jika satelit dapat diluncurkan dengan aman ke orbit kutub dan GLONASS dari Plesetsk, yang terletak pada garis lintang 63 °, maka untuk orbit geostasioner, semakin jauh ke selatan kosmodrom berada, semakin baik. Dan di sini masalah kedua mulai berlaku - tidak setiap wilayah cocok untuk kosmodrom.

menginjak kumpol

Semua roket modern, ketika meluncurkan satelit, menjatuhkan tahapan dan fairing hidung yang jatuh ke Bumi. Jika situs mogok berada di negara lain, Anda harus bernegosiasi dengan negara tersebut untuk setiap peluncuran. Oleh karena itu, misalnya, kemiringan minimum kosmodrom Baikonur bukanlah 45 °, tetapi 51 °, karena jika tidak, tahap kedua akan jatuh ke Cina:

Dan di tempat tahap pertama jatuh, Anda harus bernegosiasi dengan Kazakhstan dan membayar untuk penggunaan area ini. Terkadang masalah muncul dan peluncuran satelit tertunda. Area musim gugur harus diasingkan agak besar:

Dan di bagian Eropa Rusia tidak ada tempat yang bagus untuk kosmodrom. Saya bermain dengan peta, di Kaukasus Anda dapat menghindar dan mencoba meluncurkan dari wilayah Mozdok, tetapi meskipun demikian Anda harus mencoba agar tahap kedua tidak jatuh ke Kazakhstan. Jika Anda meluncurkan roket dari Krimea, tahap pertama akan jatuh ke daerah berpenduduk dekat Rostov-on-Don, dan tahap kedua akan berusaha lagi untuk jatuh ke Kazakhstan. Dan itu belum memperhitungkan masalah infrastruktur di kedua opsi. Dengan latar belakang ini, Anda akan melihat kecenderungan yang tersedia untuk pelabuhan antariksa AS dan menyesali kekejaman fisika dan geografi.

Tapi kami juga memiliki pantai timur. Dan, jika kita menempatkan kosmodrom di sana, maka akan dimungkinkan untuk menemukan daerah terpencil untuk jatuhnya tahap yang dihabiskan untuk kecenderungan yang paling menuntut: 51, 6 ° (ke ISS dan orbit geostasioner), 64, 8 ° (GLONASS, beberapa satelit penginderaan Bumi), 98 ° (ke orbit kutub).

Sekali lagi tesis

Kosmodrom Vostochny akan memungkinkan kita untuk meluncurkan muatan ke orbit geostasioner dan ke ISS tanpa perlu mengoordinasikan peluncuran ini dengan negara lain dan membayar mereka untuk menggunakan area pengecualian. Itu terletak di bagian selatan negara itu dan memberikan kemiringan orbit awal yang tidak lebih buruk dari Baikonur. Tidaklah rasional untuk membangun kompleks peluncuran untuk kendaraan peluncuran Angara baru di Baikonur (sekali lagi, koordinasi peluncuran dan area kecelakaan), tetapi dari Vostochny akan memberikan muatan yang tidak sedikit.

Hal kecil yang menyenangkan: kompleks peluncuran baru dengan menara layanan, seperti di Kourou, akan memungkinkan peluncuran muatan barat, yang harus dipasang pada kendaraan peluncuran dalam posisi tegak.

Bonus juga pembangunan infrastruktur, dorongan untuk pengembangan wilayah, kota ilmu pengetahuan, dan sebagainya.

UPD: infografis keluar. Sayang, kami tidak sempat menggambar ulang penempatan satelit. Masih sangat singkat, kami mencoba menjelaskan apa yang tertulis di sini. Menurut pendapat saya, ternyata bagus.