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

Секвенирование ДНК из воздуха сообщило о составе биомов и человеческих популяций Секвенирование ДНК из воздуха сообщило о составе биомов и человеческих популяций

Секвенирование ДНК как способ быстрого и неинвазивного анализа биомов

N+1
Почему наш стул коричневого цвета? Почему наш стул коричневого цвета?

Какают все, но почему наш стул именно коричневого цвета?

ТехИнсайдер
900 запусков ракет в космос выдержит атмосфера Земли. Далее – разрушение озонового слоя 900 запусков ракет в космос выдержит атмосфера Земли. Далее – разрушение озонового слоя

Сколько запусков ракет происходит ежегодно и как это воздействует на атмосферу?

ТехИнсайдер
Правда ли, что искусственный интеллект научился выявлять рак точнее рентгенолога: прорыв в диагностике онкологии Правда ли, что искусственный интеллект научился выявлять рак точнее рентгенолога: прорыв в диагностике онкологии

Может ли искусственный интеллект выявить рак? Как это поможет врачам?

ТехИнсайдер
Сохраняйте спокойствие Сохраняйте спокойствие

Спокойствие — мощный способ достижения успеха в жизни

kiozk originals
О чем разговаривать с пожилыми людьми? О чем разговаривать с пожилыми людьми?

Как избежать взаимного раздражения во время разговора с пожилыми родителями?

Psychologies
8 забавных фактов о полицейских собаках 8 забавных фактов о полицейских собаках

А ты знал, что в Штатах у собак есть офицерские звания?

Maxim
На изящном: рабы любви, или Какой древнегреческий миф лежит в основе картины Франсуа Буше «Геркулес и Омфала» На изящном: рабы любви, или Какой древнегреческий миф лежит в основе картины Франсуа Буше «Геркулес и Омфала»

Что стоит за страстной сценой между Геркулесом и Омфалой

Правила жизни
Астрономы ФИАН открыли более 40 «хаотичных» радиопульсаров Астрономы ФИАН открыли более 40 «хаотичных» радиопульсаров

Открытие новых радиотранзиентов поможет больше узнать об их происхождении

ТехИнсайдер
Абонемент или абонент? Отличие или различие? 10 сложных паронимов, в которых старшеклассники всегда ошибаются на ЕГЭ Абонемент или абонент? Отличие или различие? 10 сложных паронимов, в которых старшеклассники всегда ошибаются на ЕГЭ

Случаи, в которых ошибаются даже отличники по русскому языку

ТехИнсайдер
Время во Вселенной может не существовать вовсе! Но вот почему этого не стоит бояться Время во Вселенной может не существовать вовсе! Но вот почему этого не стоит бояться

Существует ли время?

ТехИнсайдер
Рождение и гибель мегаполисов Рождение и гибель мегаполисов

Почему Вавилон пришел в упадок?

Вокруг света
Дева - Отшельник, Водолей - Звезда: какая карта Таро у твоего знака зодиака? Дева - Отшельник, Водолей - Звезда: какая карта Таро у твоего знака зодиака?

Какая карта Таро связана с твоим знаком зодиака?

VOICE
7 романов и циклов космической фантастики, которые буквально просятся на экраны 7 романов и циклов космической фантастики, которые буквально просятся на экраны

Фантастические циклы, которые перенесут тебя на просторы космоса

ТехИнсайдер
Возьмем себя в руки Возьмем себя в руки

Мастер-класс «эрогенной анатомии»

Psychologies
7 милых и крайне опасных представителей мира животных 7 милых и крайне опасных представителей мира животных

Милые животные, встреча с которыми может быть смертельно опасна

ТехИнсайдер
Физики добились субпикосекундного переключения бозе-конденсата при комнатной температуре Физики добились субпикосекундного переключения бозе-конденсата при комнатной температуре

Физики добились потенциального улучшения оптоэлектронных устройств

N+1
Суперконтинент Земли раскололся из-за Суперконтинент Земли раскололся из-за

Как сформировались континенты?

ТехИнсайдер
Не просто выбросить, а заработать Не просто выбросить, а заработать

5 выгодных способов избавиться от старой техники

Лиза
Пауков-скакунчиков заподозрили в способности видеть сны Пауков-скакунчиков заподозрили в способности видеть сны

Зоологи обнаружили у пауков-скакунчиков аналог фазы быстрого сна

N+1
«Стоп-механизмы» успеха: что их запускает? «Стоп-механизмы» успеха: что их запускает?

Что мешает нам добиваться целей?

Psychologies
«Лингвисты, пришедшие с холода». История структурной лингвистики в СССР «Лингвисты, пришедшие с холода». История структурной лингвистики в СССР

Лингвистические задачи, придуманным Андреем Анатольевичем Зализняком

N+1
Инновации на кухне. Кто и как может стать изобретателем Инновации на кухне. Кто и как может стать изобретателем

Что важно для современного изобретателя и почему не всегда нужен узкий профиль

СНОБ
16 банальных ошибок, способных испортить любую свадьбу 16 банальных ошибок, способных испортить любую свадьбу

Чего стоит избегать, планируя свадебное торжество

Psychologies
Как отпустить умершего человека: 3 совета, чтобы начать двигаться вперед Как отпустить умершего человека: 3 совета, чтобы начать двигаться вперед

Чтобы отпустить умершего, потребуется пройти через несколько стадий горевания

Psychologies
Новые открытия в Помпеях рассказывают подробности жизни римского среднего класса Новые открытия в Помпеях рассказывают подробности жизни римского среднего класса

Каким был римский средний класс?

ТехИнсайдер
«Он исчез, не попрощавшись»: как уберечь себя от такого сценария «Он исчез, не попрощавшись»: как уберечь себя от такого сценария

Почему мужчина неожиданно перестал общаться и просто «пропал с радаров»?

Psychologies
«Конец привычного мира»: а как построить новый? «Конец привычного мира»: а как построить новый?

Прежняя жизнь закончилась. Как создать новую?

Psychologies
Болезнь тридцатилетних. Что такое кризис четверти жизни и как его правильно прожить Болезнь тридцатилетних. Что такое кризис четверти жизни и как его правильно прожить

Почему люди испытывают кризис четверти жизни?

Inc.
Почему тарифы ЖКХ постоянно растут? Почему тарифы ЖКХ постоянно растут?

Куда жаловаться, если кажется, что коммунальщики обнаглели в своих аппетитах

Maxim
Открыть в приложении