Где можно сделать пересадку на Луну

НаукаНаука

Гало-орбита: в ожидании полета человека

Новый шаг человека в дальний космос связан и с шагом в пилотируемой космонавтике — освоением принципиально нового типа орбит. Для полетов людей эти орбиты никогда не использовались. Но они оказались наиболее подходящими для одновременного решения целого ряда ключевых задач. И полет человека по ним готовится сегодня практически.

Николай Цыгикало

Ракета-носитель SLS с кораблем «Орион» за несколько минут до первого запуска к Луне. 16 ноября 2022 года

Гравитация планеты изгибает своим полем путь объекта, пролетающего рядом мимо нее. Эту кривую Иоганн Кеплер назвал орбитой (от латинского слова orbita — «колея», «путь»). Поле тяготения — это распределенные в пространстве вокруг планеты гравитационные ускорения, направленные к центру поля, растущие ближе к нему и слабеющие с удалением. По законам Кеплера объекты, не покидающие поля тяготения планеты и не испытывающие других сил, кружатся вокруг центра поля по эллипсам (и окружностям, их частный случай). Это спутники планеты. Их бег в гравитационном поле похож на воронку водоворота: чем ближе к центру, тем быстрее.

Основа космической баллистики

Эллипсы устойчивы. Без других сил, кроме поля обращения, форма и размеры кеплерова эллипса не меняются, как и его положение в пространстве, и полет по нему. Спутник проходит за оборот все те же точки орбиты с теми же скоростями в них. Не зря Кеплер назвал это «колея». Меняется орбита лишь другой силой к спутнику либо из-за несферичности поля тяготения. Один из двух своих «центров», фокусов, эллипс держит в центре гравитационного поля, совмещая в одной точке обоих. Третьим в нее подсаживается барицентр — центр обращения спутника.

По эллипсам движутся спутники Солнца — планеты, астероиды, кометы, метеорные тела и потоки. По кеплеровым орбитам летят спутники планет в местных гравитационных полях. Человек рассчитал, а затем освоил эллиптические орбиты. Иоганн Кеплер определил эллипсы (1609), Вальтер Гоман дал переход с одного эллипса на другой (1925), Сергей Королев запустил аппарат (1957). Околоземный космос населяют более 5 тыс. искусственных спутников на эллиптических (круговых) орбитах, решая десятки тысяч задач. Их число стремительно растет. По эллипсам спутника Солнца аппараты летят, покинув Землю, в ходе перелетов к другим телам и полетным целям. Можно уверенно сказать, что кеплеровы эллипсы — основа сегодняшней орбитальной баллистики.

Вариации эллиптических кеплеровых орбит вокруг центрального тела

Удаляясь от Земли, аппарат может оказаться в гравитационно другой ситуации. Вместо одного тяготения на него существенно действуют сразу два — разных и из разных точек. Вместо гравитационной системы двух тел — одной планеты с центральным полем тяготения и аппарата — он попадает в систему трех тел: себя и двух больших масс, создающих свою гравитационную систему. Например, Солнце и Земля, Земля и Луна.

Жозеф Луи Лагранж ровно 250 лет назад в математических решениях упрощенной задачи трех тел нашел у такой системы пять особых точек, названных точками Лагран жа, или L. Их смысл — неизменность положения относительно тел. Это угловая неподвижность. У системы двух тел, Земли и аппарата, таких точек бесконечно много — вся геостационарная орбита. А в системе трех тел (двух тяготеющих и аппарата) нет такой стационарной орбиты. Она вырождается во всего лишь пять точек. Они неподвижны относительно меньшего тяжелого тела во вращающейся системе координат (с главным тяжелым телом в центре). И вместе с меньшим телом обращаются синхронно с ним вокруг большего, описывая вокруг него орбиты. Три из этих точек — L5, L4 и L3 — лежат вдали от тяжелых тел, почти на орбите меньшего тела (но не близко к нему). Точка L3 системы Солнце—Земля расположена напротив Земли за Солнцем. Точки L4 и L5 отходят от нее вправо и влево на треть орбиты Земли. Они лежат вблизи орбиты, в 150 млн км от Солнца и Земли, образуя с ними равнобедренный треугольник. Первые точки, L1 и L2, лежат близко к меньшему телу — они ценнее практически.

В системе Солнце—Земля L1 лежит в 1,5 млн км от Земли прямо к Солнцу. Это 1% расстояния от Земли до Солнца. Ближе к Солнцу — там на 2% сильнее ускорение тяготения Солнца, и тела бегут быстрее, чем на земной орбите. Но в L1 Земля тоже тянет к себе, вверх, уменьшая действие солнечной хватки ровно на те же 2%. Итоговое гравитационное ускорение здесь выходит как на орбите Земли. Тогда будет и такое же обращение — тело в L1 идет синхронно с Землей, весь год неподвижно для Земли.

Схема расположения точек Лагранжа. Источник: wikipedia.org

В обратном Солнцу направлении, в 1,5 млн км от Земли лежит точка L2. Здесь гравитация Солнца слабее, чем на орбите Земли, на те же 2%. А родная планета добавляет ровно столько же своей гравитации. В итоге тяготение в L2 такое же, как на земной орбите, а значит, и период обращения — ровно год, и неподвижность относительно Земли.

В точки L системы Солнце—Земля запущены аппараты. Ближе к Солнцу в L1 разместились солнечные обсерватории SOHO, ASE, DISCOVER, исследовательские WIND и Genesis. В точку L2 дальше от Солнца отправлены телескопы Gaia, «Гершель», «Планк», знаменитый «Джеймс Уэбб», российский «Спектр-РГ» и другие аппараты. У точек L1 и L2 (и у L3 тоже) есть еще особенность: пребывание в них неустойчиво. При мелком сдвиге из этих точек нет автоматической силы, возвращающей обратно. Наоборот, объект будет медленно удаляться. Поэтому ни один аппарат не находится точно в точках Лагранжа. Ведь в реальности и сами точки немного сдвигаются за один оборот Земли. Орбита Земли не круговая, а эллиптическая. Расстояние до Солнца «гуляет» за год на 5 млн км (или 3,3%, не так и мало!), меняя и удаление точек Лагранжа. В итоге аппараты не стоят в самих L, а движутся вокруг. Причем особым образом.

Система координат с неподвижными точками L вместе с Землей вращается вокруг Солнца. Это рождает в ней две силы инерционной природы — центробежную и силу Кориолиса. Они добавляются к тяготениям тел во всем пространстве. Силовой квартет тянет и аппарат, летящий около точки Лагранжа. В ряде сочетаний скорости, направления и положения аппарата четверка сил гнет его путь в петлю вокруг точки Лагранжа. Аппарат чертит вокруг L кривую — орбиту. Но не такую, как четко определенные кеплеровы эллипсы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Священный знак Священный знак

«Кого Юпитер хочет опозорить, лишает своего орла»

Дилетант
Девчонки и мальчишки, а также их родители. Вечная жизнь «Ералаша» Девчонки и мальчишки, а также их родители. Вечная жизнь «Ералаша»

«Ералаш» — одно из самых необычных явлений в истории мирового кинематографа

СНОБ
В ожидании космического отпуска В ожидании космического отпуска

Самые реальные варианты космического туризма

Популярная механика
Как пользоваться социальными сетями без ущерба для психики: 4 правила Как пользоваться социальными сетями без ущерба для психики: 4 правила

Как обезопасить свое психическое здоровье, не отказываясь от соцсетей?

Psychologies
Последний пшик моды Последний пшик моды

Одежда из баллончика, распыляемая прямо на тело, больше не фантастика

ТехИнсайдер
13 мифов о страшном сахаре: оказывается, не так страшен черт, как его малюют! 13 мифов о страшном сахаре: оказывается, не так страшен черт, как его малюют!

Каждый слышал пугалки про употребление сахара. Но так ли они правдивы?

ТехИнсайдер
Как привести в порядок пищевые привычки: советы диетолога Как привести в порядок пищевые привычки: советы диетолога

Как понять, что наш рацион изменился в худшую сторону?

Psychologies
Тромбоз Тромбоз

Для формирования тромбов необходимо сочетание трёх факторов

Здоровье
5 способов быстро сварить свеклу, сохранив все полезные витамины 5 способов быстро сварить свеклу, сохранив все полезные витамины

Как быстро и правильно сварить свёклу, чтобы она не потеряла полезных свойств

ТехИнсайдер
Мария Ромчанова, Александра Шумилова: Cила в смешанных командах, в гендерном балансе Мария Ромчанова, Александра Шумилова: Cила в смешанных командах, в гендерном балансе

Чем женский стиль управления отличается от мужского?

СНОБ
Конфетки на ёлке Конфетки на ёлке

Как мешок съеденных конфет повлияет на вашего ребёнка?

Здоровье
Как провести новогодние праздники без алкоголя: лайфхаки, которые помогут тебе расслабиться Как провести новогодние праздники без алкоголя: лайфхаки, которые помогут тебе расслабиться

Возможно ли в Новый год обойтись без спиртного?

VOICE
Как измерить душу, травму и стресс: все о доказательной психотерапии Как измерить душу, травму и стресс: все о доказательной психотерапии

Как выбрать психотерапевта и не обмануться в нем?

Psychologies
Сколько лет в среднем живут собаки, и что влияет на продолжительность их жизни Сколько лет в среднем живут собаки, и что влияет на продолжительность их жизни

Сколько живут лучшие друзья человека, как порода влияет на долготу их жизни

ТехИнсайдер
Энди Уорхол — самый дорогой художник: 10 крупнейших аукционных продаж 2022 года Энди Уорхол — самый дорогой художник: 10 крупнейших аукционных продаж 2022 года

10 самых дорогих лотов в категории послевоенного и современного искусства

Forbes
Как избавиться от отеков? 6 эффективных лайфхаков Как избавиться от отеков? 6 эффективных лайфхаков

Как убрать лишнюю воду из организма и перестать отекать

Правила жизни
Как выбрать беговые лыжи, крепления и ботинки Как выбрать беговые лыжи, крепления и ботинки

Бег на лыжах во многом похож на запрещенные вещества

Maxim
Северо-Кавказский федеральный округ Северо-Кавказский федеральный округ

Все чаще звучат планы сделать Северный Кавказ главным туристический регионом

Правила жизни
Как восстановить внутреннее равновесие: 5 быстрых техник — оцените мгновенный результат Как восстановить внутреннее равновесие: 5 быстрых техник — оцените мгновенный результат

Пошаговая инструкция пригодится в те дни, когда все валится из рук

Psychologies
5 лайфхаков для людей, которые вечно откладывают дела: советы психологов 5 лайфхаков для людей, которые вечно откладывают дела: советы психологов

Как делать дела здесь и сейчас

VOICE
Безусловная любовь Безусловная любовь

Новогодняя съемка с Полиной Гагариной и ее повзрослевшим сыном Андреем

OK!
Астрономы обнаружили экзопланеты, на которых могут быть водные миры Астрономы обнаружили экзопланеты, на которых могут быть водные миры

Могут ли экзопланеты состоять в основном из воды?

ТехИнсайдер
Фото на документы Фото на документы

Фотографии прошлых дней: модели самолетов и починка «Волги»

Автопилот
Мастера самообмана: как чрезмерная самоуверенность влияет на наши решения Мастера самообмана: как чрезмерная самоуверенность влияет на наши решения

Как неадекватную самоуверенность объясняют психологи и экономисты

Forbes
Loc-Dog: «Мне никогда не было тяжело» Loc-Dog: «Мне никогда не было тяжело»

Рэпер Loc-Dog рассказал о том, боится ли он разочаровать публику

ЖАРА Magazine
Что протекло в «Циолковском» Что протекло в «Циолковском»

Разбираемся в поломке российского корабля, пристыкованного к МКС

N+1
У истоков атомной бомбы: кто же был У истоков атомной бомбы: кто же был

Кто работал над атомной бомбой?

ТехИнсайдер
Россия без мяса. Часть 2. Как вегетарианцы поругались из-за клопов и встретили революцию Россия без мяса. Часть 2. Как вегетарианцы поругались из-за клопов и встретили революцию

Как вегетарианцам удалось сделать свою кухню популярной в Российской империи

СНОБ
Как сохранить номера при продаже автомобиля? Как сохранить номера при продаже автомобиля?

Автовладельцы могут сохранить за собой прежние номерные знаки при продаже авто

РБК
«Делать инъекции, а не заполнять справки». Как изменились обязанности медицинских сестер в современных поликлиниках «Делать инъекции, а не заполнять справки». Как изменились обязанности медицинских сестер в современных поликлиниках

О цифровизации российских медучреждений и роли медсестры в новых реалиях

СНОБ
Открыть в приложении