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

Аналог ацтекского омичикауацтли из человеческой кости выявили среди находок из Техаса Аналог ацтекского омичикауацтли из человеческой кости выявили среди находок из Техаса

Какие ацтекские артефакты обнаружили на юге Техаса

N+1
Китайские химики смоделировали фильтрацию дыма древней лампы-гуся Китайские химики смоделировали фильтрацию дыма древней лампы-гуся

Древняя масляная лампа-гусь могла снижать загрязнение воздуха в помещении

N+1
Гуннов вновь назвали носителями енисейских языков Гуннов вновь назвали носителями енисейских языков

Хунну и гунны, возможно, говорили на одном из енисейских языков

N+1
Бабочки умеют мигрировать не хуже птиц: удивительное открытие Бабочки умеют мигрировать не хуже птиц: удивительное открытие

Как насекомое может сохранять совершенно прямую траекторию полёта?

ТехИнсайдер
Вместо похода к психологу: 4 домашних дела, которые помогут успокоить нервы Вместо похода к психологу: 4 домашних дела, которые помогут успокоить нервы

Как снизить уровень стресса и снять тревогу в домашних условиях?

ТехИнсайдер
Автомобили Михаила Горбачева. На чем ездил президент СССР Автомобили Михаила Горбачева. На чем ездил президент СССР

Автопарк президента СССР: от «Запорожца» до бронированного лимузина и Mercedes

РБК
Население древнего карфагенского города оказалось генетически разнообразным Население древнего карфагенского города оказалось генетически разнообразным

Палеогенетики исследовали геномы жителей Средиземноморья железного века

N+1
«Сила женщины в ее слабости»: почему важно быть разной «Сила женщины в ее слабости»: почему важно быть разной

Чередование противоположностей поможет женщинам стать полноценными личностями

Psychologies
Тестируем Mitsubishi Eclipse Cross: гонять и никаких понтов Тестируем Mitsubishi Eclipse Cross: гонять и никаких понтов

Mitsubishi Eclipse Cross — оптимальный универсальный автомобиль

Maxim
Инсулиновая помпа восстановила структуру мозга у подростков-диабетиков Инсулиновая помпа восстановила структуру мозга у подростков-диабетиков

Как разные способы введения инсулина влияют на мозг подростков с диабетом

N+1
Мужские гаремы и женская дружба: как устроены отношения полов в дикой природе Мужские гаремы и женская дружба: как устроены отношения полов в дикой природе

Натуралист Евгения Тимонова: о борьбе полов, феминизме, бодипозитиве — у зверей

Forbes
Как выглядит и живет женщина с ногтями длиной 130 сантиметров Как выглядит и живет женщина с ногтями длиной 130 сантиметров

Диана Армстронг отращивает ноги уже 25 лет

VOICE
Физики-теоретики доказали устойчивость черных дыр Физики-теоретики доказали устойчивость черных дыр

Гравитационисты изучила устойчивость черной дыры Керра с малым угловым моментом

N+1
Не только Кюри: 6 женщин-физиков, которые совершали открытия и боролись за равенство Не только Кюри: 6 женщин-физиков, которые совершали открытия и боролись за равенство

Женщины, внесшие важный вклад в развитие физики

Forbes
Тюленихи Уэдделла пожертвовали способностью нырять ради снабжения детенышей железом Тюленихи Уэдделла пожертвовали способностью нырять ради снабжения детенышей железом

Ежедневно тюленихи с молоком передают детенышам 309–614 миллиграммов железа

N+1
Бразильская команда: как правильно искать менеджеров в Сан-Паулу и Рио Бразильская команда: как правильно искать менеджеров в Сан-Паулу и Рио

Что нужно знать перед тем, как нанять управленца для запуска проекта в Бразилии

Forbes
«Люди не хотят, чтобы ребенок попал в переплет»: как воспитывают мальчиков и девочек «Люди не хотят, чтобы ребенок попал в переплет»: как воспитывают мальчиков и девочек

Какие клише по воспитанию детей существуют в России?

Forbes
Чистим украшения в домашних условиях: вернуть блеск драгоценностям можно средствами, которые есть в каждом доме Чистим украшения в домашних условиях: вернуть блеск драгоценностям можно средствами, которые есть в каждом доме

Избавим драгоценности от темного налета и вернем металлам былой блеск

ТехИнсайдер
Екатерина Медичи: чему с детства училась «кровавая» французская королева Екатерина Медичи: чему с детства училась «кровавая» французская королева

Книга рассказывает о самой знаменитой королеве Франции, религиозной фанатичке

Forbes
Сияние обрушилось вниз: почему все до сих пор без ума от Мэрилин Монро Сияние обрушилось вниз: почему все до сих пор без ума от Мэрилин Монро

Почему никому не удалось ни скопировать, ни превзойти в популярности Монро

Правила жизни
Почему пора перестать считать целлюлит недостатком Почему пора перестать считать целлюлит недостатком

Целлюлит — не болезнь: новый взгляд на проблему

Лиза
Запах псины, водка и другие вещи, которые берутся вовсе не оттуда, откуда все думают Запах псины, водка и другие вещи, которые берутся вовсе не оттуда, откуда все думают

Надеемся, тебе всегда было интересно, откуда на самом деле берутся водка и нефть

Maxim
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
Как появилось знаменитое розовое платье Мэрилин Монро Как появилось знаменитое розовое платье Мэрилин Монро

Кто одевал Монро и почему сработал один из самых известных нарядов Монро?

Правила жизни
Когда (не) поздно начать Когда (не) поздно начать

У желаний нет возраста

Psychologies
Праведник из камеры смертников: как убийца чуть не получил Нобелевскую премию за детские книги Праведник из камеры смертников: как убийца чуть не получил Нобелевскую премию за детские книги

Преступник, который выдвигался на Нобелевскую премию девять раз

VOICE
«Хотел попробовать девственность»: история маньяка Романа Бурцева, который охотился на девочек «Хотел попробовать девственность»: история маньяка Романа Бурцева, который охотился на девочек

Роман Бурцев — самый яркий маньяк 90-х

VOICE
М или Ж? Как раз и навсегда запомнить род слова М или Ж? Как раз и навсегда запомнить род слова

Тюль — мужской род или женский?

ТехИнсайдер
Сделать код понятным: как Барбара Лисков повлияла на современное программирование Сделать код понятным: как Барбара Лисков повлияла на современное программирование

Барбара Лисков — пионерка развития современных языков программирования

Forbes
4 национальных символа, которые на самом деле «иностранцы» 4 национальных символа, которые на самом деле «иностранцы»

Ты знал, что Сталинградский завод был построен в США?

Maxim
Открыть в приложении