Почему «Спутник-1» не падал на Землю
Первый искусственный спутник летел без двигателя, каждую секунду притягивался к Земле и при этом почти три месяца оставался в космосе. Как это возможно, и зачем металлическому шару понадобились четыре длинные антенны?
Строго говоря, вопрос в заголовке поставлен неправильно. «Спутник-1» как раз падал на Землю — непрерывно, с момента выхода на орбиту. Просто всякий раз промахивался.
4 октября 1957 года ракета-носитель разогнала первый искусственный спутник примерно до 8 км/с. После отделения собственный двигатель ему уже не требовался: Земля продолжала притягивать аппарат, поэтому его траектория все время загибалась вниз. Тем не менее, спутник с огромной скоростью двигался вперед, а земная поверхность из-за своей кривизны словно уходила из-под него. Так и возникает орбита: бесконечное падение, при котором поверхность Земли все время остается ниже.
Первоначальная орбита «Спутника-1» была не круговой, а вытянутой: ближайшая к Земле точка находилась примерно в 228 км от поверхности, дальняя — около 947 км. Один оборот занимал чуть больше 96 минут.
Что будет, если бросать камень все быстрее
Еще Ньютон объяснял орбитальное движение мысленным экспериментом с пушкой на очень высокой горе. Если выстрелить горизонтально с небольшой скоростью, ядро довольно быстро упадет на поверхность. Увеличим скорость — оно улетит дальше. Еще увеличим — место падения окажется за горизонтом. А теперь представим, что атмосферы нет, гора достаточно высокая, а скорость настолько велика, что за время падения Земля успевает «закруглиться» вниз ровно настолько, насколько опускается снаряд. Он продолжает падать, но до поверхности так и не добирается. Получается орбита.
Для низких околоземных орбит характерная скорость находится в районе 7,8 км/с. Поэтому сообщение 1957 года о том, что ракета сообщила спутнику скорость около 8000 м/с, было не просто впечатляющей технической цифрой. Именно горизонтальная скорость отличала спутник от очень высоко подброшенного предмета. Если бы скорость оказалась заметно меньше, траектория пересекла бы поверхность Земли. Если намного больше — орбита стала бы другой, а при достижении второй космической скорости аппарат вообще смог бы покинуть окрестности планеты. Гравитация при этом никуда не исчезает. На высоте нескольких сотен километров она лишь немного слабее, чем у поверхности Земли.