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

Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Такие разные Маргариты Такие разные Маргариты

Какой была королева Маргарита у творцов разных эпох?

Дилетант
Восстановленному верить Восстановленному верить

Ваш мозг чувствует себя гораздо бодрее только при активном восстановлении

Men’s Health
Анатомия робособаки Анатомия робособаки

Выверенная анатомия Spot — продукт не слепой эволюции, а грамотной инженерии

ТехИнсайдер
«Не могу смотреть людям в глаза. Что делать?»: 3 простых совета «Не могу смотреть людям в глаза. Что делать?»: 3 простых совета

Как же быть тем, кто не может смотреть в глаза другим людям?

Psychologies
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
Часы вместо компаса Часы вместо компаса

Показываемое часами время связано с положением Солнца

Наука и жизнь
Шокирующая история несчастного японца, ставшего самой страшной жертвой радиации в истории человечества Шокирующая история несчастного японца, ставшего самой страшной жертвой радиации в истории человечества

История Хисаши Оучи, получившего самую большую в истории дозу радиации

ТехИнсайдер
Российские «Бонни и Клайд»: история двух бездомных, которые сначала убивали гадалок, а потом — всех подряд Российские «Бонни и Клайд»: история двух бездомных, которые сначала убивали гадалок, а потом — всех подряд

Они ни капельки не раскаивались в совершенных преступлениях

VOICE
Почему в детстве нас заставляли есть кашу? Простое объяснение Почему в детстве нас заставляли есть кашу? Простое объяснение

Что полезного в кашах?

ТехИнсайдер
10 самых волнующих археологических находок 2022 года 10 самых волнующих археологических находок 2022 года

10 самых таинственных, интересных и значимых артефактов 2022 года

ТехИнсайдер
Дорогу активному отдыху: 5 видов спорта, которыми можно заняться в новогодние каникулы Дорогу активному отдыху: 5 видов спорта, которыми можно заняться в новогодние каникулы

Каким видом спорта заняться зимой?

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
Какой была культурная жизнь блокадного Ленинграда. Отрывок из книги Какой была культурная жизнь блокадного Ленинграда. Отрывок из книги

Отрывок из книги «Повседневная жизнь блокадного Ленинграда»

СНОБ
Христианство, ислам, иудаизм, буддизм: как религия помогает пережить кризис — 4 мнения о вере, человеке и смысле Христианство, ислам, иудаизм, буддизм: как религия помогает пережить кризис — 4 мнения о вере, человеке и смысле

Как вера может помочь нам сегодня?

Psychologies
«Мы проспали 2021 год»: глава «Кухни на районе» о кризисе в бизнесе и выходе в офлайн «Мы проспали 2021 год»: глава «Кухни на районе» о кризисе в бизнесе и выходе в офлайн

Глава «Кухни на районе» — что компании пришлось сделать, чтобы выстоять

Forbes
Ирония судьбы — главный новогодний фильм СССР и России. Рассказываем историю его создания Ирония судьбы — главный новогодний фильм СССР и России. Рассказываем историю его создания

Как шла работа над главным новогодним фильмом России и СССР

Правила жизни
Топ-10 продуктов для здорового зимнего меню Топ-10 продуктов для здорового зимнего меню

Как помочь организму пережить холода?

Psychologies
Как стать номером один Как стать номером один

Профессия PR-специалиста трансформируется, приобретая гибридные формы

Bones
Актриса Софья Лебедева: «Съемки для Netflix — это четкий отработанный механизм, функционирующий без накладок» Актриса Софья Лебедева: «Съемки для Netflix — это четкий отработанный механизм, функционирующий без накладок»

«Сноб» поговорил с актрисой Софьей Лебедевой об опыте съемок в сериалах

СНОБ
Помогают похудеть и улучшают пищеварение: какие полезные гарниры пора включить в рацион Помогают похудеть и улучшают пищеварение: какие полезные гарниры пора включить в рацион

Ключ к полезному питанию — в правильных гарнирах

ТехИнсайдер
Невидимое преступление: что делать, если вы стали жертвой сталкинга Невидимое преступление: что делать, если вы стали жертвой сталкинга

Можно ли защитить себя от сталкера?

Forbes
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
Белый след Белый след

Ботанический барельеф моментально увлекает всех, кто к нему прикасается

Новый очаг
Запах Нового года: 5 простых блюд с мандаринами, которые сможет приготовить даже тот, кто ни разу не стоял у плиты! Запах Нового года: 5 простых блюд с мандаринами, которые сможет приготовить даже тот, кто ни разу не стоял у плиты!

Из мандаринов можно приготовить десерт, коктейль и даже салат!

ТехИнсайдер
Как распознать и лечить геморрой — советы врача Как распознать и лечить геморрой — советы врача

Колопроктолог раскрывает всю правду о геморрое

Psychologies
Сперма для некоторых животных — полноценная еда. Вы удивитесь! Сперма для некоторых животных — полноценная еда. Вы удивитесь!

Для подводных жителей правильное питание включает в себя даже жидкости организма

ТехИнсайдер
Как увеличить скорость интернета: 10 способов Как увеличить скорость интернета: 10 способов

Как увеличить скорость интернета через роутер и при прямом подключении к сети

CHIP
Как правильно фотографировать автомобиль Как правильно фотографировать автомобиль

Для продажи нужно хорошо сфотографировать автомобиль. Так как же это сделать?

4x4 Club
Новые древние: пращур тирекса, предтеча титанов и утконосая ведьма Новые древние: пращур тирекса, предтеча титанов и утконосая ведьма

Новый вид тираннозавридов, даурский дракон и другие новые доисторические ящеры

N+1
Открыть в приложении