Отрывок из книги «Все, что движется» — как развивалась научная картина мира

N+1Наука

«Все, что движется». Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Наблюдая за небом, наши предки отметили закономерность в движении небесных тел. Чтобы разобраться, почему они движутся именно так и что это означает, одних только наблюдений было мало. Исследование Вселенной началось, когда увиденное в небе удалось измерить и описать математическим языком. Такой подход позволил расширить наше понимание окружающего мира. В книге «Все, что движется: Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей» (издательство «Альпина нон-фикшн») доктор физико-математических наук Алексей Семихатов рассказывает, как фундаментальная научная картина мира развивалась от наглядного к более абстрактному, и обсуждает функционирование Солнечной системы и возможности путешествий по ней. Оргкомитет премии «Просветитель» включил ее в длинный список из 16 книг, среди которых будут выбраны финалисты и лауреаты премии. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным гравитационному маневру, который позволяет космическим аппаратам, находящимся в дальнем путешествии, ускоряться за счет встреченных по дороге планет.

Полет из пращи

Путешествия к астероидам и планетам — это относительно далекие путешествия, оказывающиеся долгими при доступных нам скоростях. Разогнаться быстрее нелегко: топлива хватает только на что-то вроде TLI — единовременный разгон при старте с околоземной орбиты; хорошо, если потом остается еще немного на маневры. Дефицит топлива определяется трудностью его доставки к месту использования. Реактивная тяга основана на том, что, выбрасывая что-то «назад», реактивный аппарат движется «вперед»; здесь важна скорость, с которой некоторый «агент» выбрасывается назад (в подавляющем большинстве реально существующих реактивных двигателей это горячий газ).

Реактивный аппарат несет с собой источник энергии для этого «выбрасывания» — в современных ракетах это горючее (например, керосин или метан) и окислитель. Их соединение обеспечивает горение, при котором и выделяется энергия. И вот здесь скрыт ключевой момент: необходимость с самого старта нести с собой все топливо (горючее и окислитель), в том числе и тот запас, который понадобится на более поздних этапах полета. Не только «полезную нагрузку», но и это топливо необходимо разогнать на более ранних этапах движения, а для этого разгона требуется дополнительное топливо, которое, в свою очередь, необходимо разогнать, для чего нужно еще сколько-то топлива, и так далее. Это удручающее положение дел математически выражается формулой Циолковского — соотношением, которое на основе законов движения Ньютона говорит, какой должна быть стартовая масса ракеты, чтобы разогнать желаемую «полезную» массу до заданной скорости, выбрасывая продукты горения с заданной скоростью относительно ракеты. Удручающим здесь является характер этой зависимости: увеличение конечной скорости достигается колоссальным увеличением массы ракеты — т. е. количества топлива — при старте.

Но пока наши топливные возможности существенно ограничены, в дальнем путешествии можно заметно увеличить скорость, отобрав совсем ничтожную часть количества движения у встреченной по дороге планеты. Для этого действия иногда употребляют звучное название «гравитационная праща» (есть и более технический термин: «гравитационный маневр»). Это остроумный способ извлечения пользы — разгона или, когда это нужно, торможения — из совместной игры гравитации и движения13.

13Идея об использовании попутных тел — например, спутников планет — для ускорения в дальних перелетах принадлежит пионеру космонавтики Ю. В. Кондратюку (под этим именем с 1921 г. жил А. И. Шаргей): он описал ее среди прочего в своей рукописи «Тем, кто будет читать, чтобы строить», написанной, вероятно, около 1919 г., но ставшей известной значительно позже.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

1647-летний можжевельник из Финляндии назвали старейшим древесным растением тундры и Европы 1647-летний можжевельник из Финляндии назвали старейшим древесным растением тундры и Европы

Старейший можжевельник из Финляндии рос с 260 по 1906 год

N+1
Футболисты, сидевшие в тюрьме: один расчленил любовницу и скормил собакам Футболисты, сидевшие в тюрьме: один расчленил любовницу и скормил собакам

Достойные компаньоны Кокорину и Мамаеву

Maxim
Повреждения на 30-тысячелетних зубах кроманьонцев объяснили пирсингом Повреждения на 30-тысячелетних зубах кроманьонцев объяснили пирсингом

Антрополог проанализировал повреждения на зубах древних людей

N+1
С кем из знаменитостей знакома королева Елизавета: от Мэрилин Монро до Леди Гаги С кем из знаменитостей знакома королева Елизавета: от Мэрилин Монро до Леди Гаги

Елизавета II за 70 лет в статусе королевы повидала немало знаменитостей

VOICE
Совет от ученых, как есть достаточно белка, если отказаться от яиц Совет от ученых, как есть достаточно белка, если отказаться от яиц

Какие альтернативные варианты белка стоит добавить в свой рацион?

ТехИнсайдер
Смертоносные цветы куноити: кем были женщины-ниндзя в японской истории Смертоносные цветы куноити: кем были женщины-ниндзя в японской истории

Какими были куноити в Японии и почему так сложно изучать женскую историю?

Forbes
Возобновляемый ресурс: как отработанное ядерное топливо может залить мир энергией Возобновляемый ресурс: как отработанное ядерное топливо может залить мир энергией

Могут ли отходы от ядерного топлива стать ценнейшей энергией?

Forbes
8 фильмов для тех, кто не готов прощаться с летом 8 фильмов для тех, кто не готов прощаться с летом

Чтобы задержаться в атмосфере лета, достаточно включить любой фильм из подборки

Psychologies
15 незаметных признаков очень больших денег 15 незаметных признаков очень больших денег

Настоящее богатство видно при очень внимательном рассмотрении и хорошей дедукции

Maxim
Какие привычные продукты богаты железом: рацион для укрепления иммунитета Какие привычные продукты богаты железом: рацион для укрепления иммунитета

Простые продукты, в которых много железа

ТехИнсайдер
Топ-10 лучших вариантов осеннего маникюра с акцентом: ты должна их попробовать! Топ-10 лучших вариантов осеннего маникюра с акцентом: ты должна их попробовать!

Маникюр с акцентом на один-два ногтя

VOICE
Как устроена система охлаждения двигателя: что должен знать каждый Как устроена система охлаждения двигателя: что должен знать каждый

Что нужно знать о системе охлаждения двигателя, чтобы авто работало исправно

РБК
Кто сильнее – карбон или титан? Команда гиков сравнила реакцию обоих материалов на сжатие Кто сильнее – карбон или титан? Команда гиков сравнила реакцию обоих материалов на сжатие

Парни решили проверить, насколько суперматериалы действительно «супер»

ТехИнсайдер
Зачем TikTok база изображений сексуализированного насилия над несовершеннолетними Зачем TikTok база изображений сексуализированного насилия над несовершеннолетними

С какими материалами работают модераторы контента в TikTok?

Forbes
Фото на документы Фото на документы

Культурный кринж, последователь Альберта Энштейна и крылья Костромы

Автопилот
Тяга к алкоголю у женщин чаще превращается в зависимость Тяга к алкоголю у женщин чаще превращается в зависимость

Связь между плохим настроением и желанием выпить может привести к зависимости

ТехИнсайдер
Елена Яковлева: Елена Яковлева:

Я здесь абсолютно спокойно себя чувствую. Это мое место

Караван историй
«Никто не знает, что такое внимание»: ученые до сих пор не понимают, почему люди бывают такими рассеянными «Никто не знает, что такое внимание»: ученые до сих пор не понимают, почему люди бывают такими рассеянными

Как именно наш мозг выбирает на что обращать внимание, а на что – нет?

ТехИнсайдер
Как полировать фары автомобиля: три способа и советы эксперта Как полировать фары автомобиля: три способа и советы эксперта

Вернуть фарам изначальный вид можно при помощи полировки

РБК
Простой способ избавиться от похмелья: средство, о котором не говорят Простой способ избавиться от похмелья: средство, о котором не говорят

Существует ли средство от похмелья и эффективно ли оно?

ТехИнсайдер
Почему дети так тяжело переносят долгие поездки? И можно ли облегчить им дальнюю дорогу? Почему дети так тяжело переносят долгие поездки? И можно ли облегчить им дальнюю дорогу?

Почему дети все время спрашивают "Когда мы приедем?"

ТехИнсайдер
Как Cyberpunk 2077, но не лагает: во что поиграть еще, если тебе понравился шутер от CD Projekt RED Как Cyberpunk 2077, но не лагает: во что поиграть еще, если тебе понравился шутер от CD Projekt RED

Лучшие релизы о мрачном и технологически развитом будущем

Maxim
Пауки могут спать и даже впадать в Пауки могут спать и даже впадать в

Возможно, пауки не просто отдыхают, но и видят сны

ТехИнсайдер
Инструмент мечты или экзистенциальная угроза: сможет ли нейросеть заменить художника Инструмент мечты или экзистенциальная угроза: сможет ли нейросеть заменить художника

Человек vs машина: кто способен лучше рисовать картины?

Forbes
Очищение крови Очищение крови

Рассказываем, как убрать из крови (а значит, и из всего организма) все лишнее

Лиза
4 книги, которые изменят ваше отношение к себе 4 книги, которые изменят ваше отношение к себе

Подборка книг, которые помогут вам по-новому выстроить общение с собой

Psychologies
De feminis: отрывок из новой книги Владимира Сорокина, которую он посвятил женщинам De feminis: отрывок из новой книги Владимира Сорокина, которую он посвятил женщинам

Отрывок из сборника рассказов Владимира Сорокина De feminis — «О женщинах»

Forbes
О бесполезности больших рогов: как биологи смирились с женскими причудами О бесполезности больших рогов: как биологи смирились с женскими причудами

Загадки размножения и половой отбор

СНОБ
«Тараканы» руководителя: как мышление лидера влияет на команду «Тараканы» руководителя: как мышление лидера влияет на команду

Сотрудники перенимают модель поведения руководителя

Psychologies
Секс и репродукция будущего: мужские контрацептивы, искусственная матка и другие ноу-хау Секс и репродукция будущего: мужские контрацептивы, искусственная матка и другие ноу-хау

Технологические прорывы в области репродукции и контрацепции

СНОБ
Открыть в приложении