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

Движение вверх Движение вверх

Краткая история лифтов

Men Today
Шрек с Уральских гор? Удивительная история рестлера, который, вероятно, стал прообразом знаменитого персонажа Шрек с Уральских гор? Удивительная история рестлера, который, вероятно, стал прообразом знаменитого персонажа

Несмотря на его необычную внешность, его называли "Французский ангел"

ТехИнсайдер
Восстановленному верить Восстановленному верить

Ваш мозг чувствует себя гораздо бодрее только при активном восстановлении

Men’s Health
8 мест на Земле, посещать которые очень опасно 8 мест на Земле, посещать которые очень опасно

На Земле есть по-настоящему адские места! Жить в них просто невозможно

ТехИнсайдер
Китайские эксперты разобрали Tank 300. Внедорожник оставил смешанные впечатления Китайские эксперты разобрали Tank 300. Внедорожник оставил смешанные впечатления

"Убийца крузаков" оказался почти неубиваемым

ТехИнсайдер
Обратная сторона дубайской недвижимости Обратная сторона дубайской недвижимости

Ряд особенностей и специфических рисков дубайского рынка недвижимости

Эксперт
Уральский федеральный округ Уральский федеральный округ

Промышленный индекс Уральского региона растет

Правила жизни
Юрий Мамлеев: «Скитания». Отрывок из романа об эмиграции в США Юрий Мамлеев: «Скитания». Отрывок из романа об эмиграции в США

Отрывок из книги Юрия Мамлеева о поисках своего места в новой жизни

СНОБ
Таинственная жизнь половинчатой женщины: она выступала в цирке и прожила успешную жизнь Таинственная жизнь половинчатой женщины: она выступала в цирке и прожила успешную жизнь

Габриэль не отказалась от всех возможных благ жизни, несмотря на недостаток

ТехИнсайдер
Как пикапы с пулемётами победили танки: странная «война Тойот» в Африке Как пикапы с пулемётами победили танки: странная «война Тойот» в Африке

Иногда гражданская техника может помочь перевернуть военный конфликт

ТехИнсайдер

После рекламной кампании Balenciaga фотограф подвергся потоку гневных писем

Правила жизни
Всеславянский союз от Адриатики до Тихого океана Всеславянский союз от Адриатики до Тихого океана

Как Николай Данилевский заслужил славу идеолога панславизма

Наука
Почему мы изменяем: 4 причины — проверьте ваши отношения Почему мы изменяем: 4 причины — проверьте ваши отношения

Если нас обманули однажды, где гарантия, что этого не случится снова?

Psychologies
Свиной грипп: что важно и нужно знать каждому Свиной грипп: что важно и нужно знать каждому

Что такое свиной грипп и как он протекает?

Psychologies
Безусловная любовь Безусловная любовь

Новогодняя съемка с Полиной Гагариной и ее повзрослевшим сыном Андреем

OK!
Проект HMMWV и его аутсайдеры Проект HMMWV и его аутсайдеры

Идея создания HMMWV появилась в самом начале 1970-х годов

4x4 Club
Приключения Щелкунчика до и после Чайковского Приключения Щелкунчика до и после Чайковского

Чем был Щелкунчик для шахтеров, романтиков и ветеранов Второй мировой

Weekend
Дмитрий Решетников: «Я выбрал путь наставника» Дмитрий Решетников: «Я выбрал путь наставника»

Шеф-повар Дмитрий Решетников — о его вдохновении и желании делиться знаниями

СНОБ
Слова вместо нот Слова вместо нот

Генеративная музыка: как создать хит по собственному вкусу

ТехИнсайдер
Отрывок из сборника мистических историй «Однажды темной зимней ночью...» Отрывок из сборника мистических историй «Однажды темной зимней ночью...»

Отрывок из сборника историй, вдохновленных Диккенсом и Джеймсом

СНОБ
Этим можно улучшить здоровье! Открыты новые полезные свойства йоги Этим можно улучшить здоровье! Открыты новые полезные свойства йоги

Йога и регулярные тренировки поддерживает здоровье определенных органов

ТехИнсайдер
Как выбрать сковороду в зависимости от твоего поварского стиля Как выбрать сковороду в зависимости от твоего поварского стиля

Без хорошей сковороды мужская кухня немыслима

Maxim
Помидор – новый суперфуд? Низкая калорийность и полезные свойства для твоего здоровья Помидор – новый суперфуд? Низкая калорийность и полезные свойства для твоего здоровья

Обычный помидор вполне может претендовать на звание суперфуда!

VOICE
Виктория Севрюкова: «Я уверена, что костюм — главное в театре» Виктория Севрюкова: «Я уверена, что костюм — главное в театре»

Виктория Севрюкова — как с помощью костюма создается спектакль

Эксперт
Как правильно пить таблетки, рассасывать пастилки и принимать сиропы: 3 важных правила Как правильно пить таблетки, рассасывать пастилки и принимать сиропы: 3 важных правила

Правда ли, что антибиотики лучше не запивать молоком?

Psychologies
За что увольняют шефов За что увольняют шефов

Несправедливость принимает совершенно неожиданные, а иногда даже забавные формы

Bones
Отцовский инстинкт: почему не все мужчины выражают любовь к детям Отцовский инстинкт: почему не все мужчины выражают любовь к детям

От чего зависит родительская привязанность?

Psychologies
«Мы видим перспективы в каждом регионе» «Мы видим перспективы в каждом регионе»

Azimut Hotels активно наращивает присутствие на российском гостиничном рынке

Эксперт
Баку пятого уровня Баку пятого уровня

Вы бывали в Баку?

Robb Report
6 самых необычных вещей, которые были найдены на местах кораблекрушений 6 самых необычных вещей, которые были найдены на местах кораблекрушений

Морские археологи постоянно находят что-то интересное! Самые необычные находки

ТехИнсайдер
Открыть в приложении