Чи чомусь супутники не падають? Орбіта супутника є крихким балансом між інерцією і гравітацією. Сила тяжіння безперервно притягує супутник до Землі, тоді як інерція супутника прагне підтримувати рух прямолінійним. Якби не було сили тяжіння, інерція супутника відправила його прямо з земної орбіти у відкритий космос. Однак у кожній точці орбіти сила тяжіння тримає супутник на прив'язі.
Щоб досягти рівноваги між інерцією та силою тяжіння, супутник повинен мати строго певну швидкість. Якщо він летить надто швидко, інерція долає силу важкості та супутник залишає орбіту. (Обчислення так званої другої космічної швидкості, що дозволяє супутникові залишати навколоземну орбіту, відіграє важливу роль у запуску міжпланетних космічних станцій.) Якщо супутник рухається надто повільно, сила тяжкості переможе у боротьбі з інерцією і супутник впаде Землю. Саме це сталося в 1979 році, коли американська орбітальна станція Скайлеб почала знижуватися в результаті опору верхніх шарів земної атмосфери, що зростає. Потрапивши до залізних кліщів гравітації, станція невдовзі впала на Землю.
Швидкість та відстань
Оскільки земне тяжіння слабшає з відстанню, швидкість, необхідна утримання супутника на орбіті, змінюється з висотою над рівнем моря. Інженери можуть обчислювати, як швидко і високо супутник повинен обертатися на орбіті. Наприклад, геостаціонарний супутник, розташований завжди над тією ж точкою земної поверхні, повинен здійснювати один виток за 24 години (що відповідає часу одного обороту Землі навколо своєї осі) на висоті 357 кілометрів.
Сила тяжкості та інерція
Балансування супутника між силою тяжкості та інерцією може бути зімітовано обертанням вантажу на прив'язаній до нього мотузці. Інерція вантажу прагне перемістити його подалі від центру обертання, тоді як натяг мотузки, що виконує роль гравітації, утримує вантаж на круговій орбіті. Якщо мотузку перерізати, вантаж полетить прямолінійною траєкторією перпендикулярно радіусу своєї орбіти.
Одним із найбільших надбань людства є міжнародна космічна станція, або МКС. Для її створення та роботи на орбіті об'єдналося кілька держав: Росія, деякі країни Європи, Канада, Японія та США. Цей апарат свідчить про те, що можна досягти багато чого, якщо постійно співпрацювати країнам. Про цю станцію знають усі люди планети і багато хто задається питаннями про те, на якій висоті літає МКС і якою орбітою. Скільки космонавтів там відвідало? Чи правда, що туди пускають туристів? І це далеко не все, що цікаве людству.
Будова станції
МКС складається з чотирнадцяти модулів, у яких розташовуються лабораторії, склади, кімнати відпочинку, спальні, госпприміщення. На станції навіть є спортзал із тренажерами. Весь цей комплекс працює на сонячних батареях. Вони величезні, завбільшки зі стадіон.
Факти про МКС
За час роботи станція викликала чимало захоплень. Цей апарат є величезним досягненням людських умів. За своєю конструкцією, призначенням та особливостями його можна назвати досконалістю. Звичайно, можливо, років через 100 на Землі почнуть будувати космічні кораблі іншого плану, але поки що, на сьогоднішній день, цей апарат – надбання людства. Про це свідчать такі факти про МКС:
- За час її існування на МКС космонавтів побувало близько двохсот. Також тут були туристи, які просто прилетіли подивитися на Всесвіт із орбітальної висоти.
- Станцію видно із Землі неозброєним оком. Ця конструкція є найбільшою серед штучних супутників, і її легко можна побачити з поверхні планети без якогось пристрою. Є карти, на яких можна подивитися, коли і коли апарат пролітає над містами. За ними легко знайти відомості про своє село: побачити розклад польоту над регіоном.
- Для складання станції та підтримки її у робочому стані космонавти вийшли понад 150 разів у відкритий космос, провівши там близько тисячі годин.
- Керується апарат шістьма астронавтами. Система життєзабезпечення забезпечує безперервну присутність на станції людей з її першого запуску.
- Міжнародна космічна станція – це унікальне місце, де проводяться різні лабораторні експерименти. Вчені роблять унікальні відкриття в галузі медицини, біології, хімії та фізики, фізіології та метеоспостережень, а також в інших галузях науки.
- На апараті використовують гігантські сонячні батареї, розмір яких досягає площі території футбольного поля з його кінцевими зонами. Їхня вага – майже триста тисяч кілограм.
- Батареї здатні повністю забезпечувати роботу станції. За їхньою роботою ретельно стежать.
- На станції є міні-будинок, оснащений двома ванними та спортзалом.
- За польотом стежать із Землі. Для контролю розроблено програми, що складаються з мільйонів рядків коду.
Космонавти
З грудня 2017 року екіпаж МКС складається з наступних астрономів та космонавтів:
- Антон Шкаплеров – командир МКС-55. Він двічі був на станції – у 2011-2012 та у 2014-2015 рр.За 2 польоти він прожив на станції 364 дні.
- Скіт Тінгл – бортінженер, астронавт НАСА. Цей космонавт немає досвіду космічних польотів.
- Норішіге Канаї – бортінженер, астронавт Японії.
- Олександр Місуркін. Перший його політ було здійснено у 2013 році тривалістю 166 діб.
- Макр Ванде Хай не має досвіду польотів.
- Джозеф Акаба. Перший політ здійснив у 2009 році у складі «Діскавері», а другий політ був здійснений у 2012 році.
Земля із космосу
З космосу на Землю відкриваються унікальні краєвиди. Про це свідчать фотографії, відеозйомки астронавтів та космонавтів. Побачити роботу станції, космічні пейзажі можна, якщо переглянути онлайн-трансляції зі станції МКС. Однак деякі камери бувають вимкненими, що пов'язано з техроботами.
Як відомо, геостаціонарні супутники висять нерухомо над землею над тією ж точкою. Чому вони не падають? На тій висоті не діє сила тяжіння?
Відповідь
Геостаціонарний штучний супутник Землі є апарат, який рухається навколо планети в східному напрямку (у тому ж, в якому обертається сама Земля), по круговій екваторіальній орбіті з періодом обігу, що дорівнює періоду свого обертання Землі.
Таким чином, якщо дивитися з Землі на геостаціонарний супутник, ми будемо бачити його нерухомо висить на тому самому місці. Через цю нерухомість і велику висоту близько 36 000 км, з якої видно майже половину поверхні Землі, на геостаціонарну орбіту виводять супутники-ретранслятори для телебачення, радіо та комунікацій.
З того, що геостаціонарний супутник висить постійно над однією і тією ж точкою поверхні Землі, деякі роблять невірний висновок, що на геостаціонарний супутник не діє сила тяжіння до Землі, що сила тяжіння певній відстані від Землі зникає, тобто вони спростовують самого Ньютона. Звичайно, це не так. Сам запуск супутників на геостаціонарну. Орбіту розраховується саме за законом всесвітнього тяжіння Ньютона.
Геостаціонарні супутники, як і всі інші супутники, насправді падають на Землю, але не досягають її поверхні. сила (сила інерції), які врівноважують одна одну – супутник не летить від Землі і не падає на неї так само, як відро, що розкручується на мотузці, залишається на своїй орбіті.
Якби супутник зовсім не рухався, то він упав би на Землю під дією тяжіння до неї, але супутники рухаються, в тому числі і геостаціонарні (геостаціонарні – з кутовою швидкістю рівною кутовою швидкістю обертання Землі, тобто один оборот за добу, а у супутників нижчих орбіт кутова швидкість більша, тобто за добу вони встигають зробити навколо Землі кілька оборотів). Лінійна швидкість, що повідомляється супутнику паралельно поверхні Землі при безпосередньому виведенні на орбіту порівняно велика (на низькій навколоземній орбіті – 8 кілометрів на секунду, на геостаціонарній орбіті – 3 кілометри на секунду).Якби не було Землі, то супутник з такою швидкістю летів би прямою, але наявність Землі змушує супутник падати на неї під дією сили тяжіння, викривляючи траєкторію у напрямку до Землі, але поверхня Землі не плоска, вона викривлена. Наскільки супутник наближається до Землі, на стільки поверхню Землі йде з-під супутника і, таким чином, супутник постійно перебуває в одній і тій же висоті, рухаючись по замкнутої траєкторії. Супутник постійно падає, але ніяк не може впасти.
Отже, всі штучні супутники Землі падають на Землю, але – по замкнутій траєкторії. Супутники перебувають у стані невагомості, як усі падаючі тіла (якщо ліфт у хмарочосі зірветься і почне вільно падати, то люди всередині теж будуть у стані невагомості). Космонавти всередині МКС знаходяться у невагомості не тому, що на орбіті не діє сила тяжіння до Землі (вона там майже така сама як і на поверхні Землі), а тому, що МКС вільно падає на Землю – по замкнутій круговій траєкторії.
Міжнародна космічна станція (МКС) – це масштабний і, мабуть, найскладніший за своєю організацією реалізований технічний проект за історію людства. Щодня сотні фахівців по всьому світу працюють над тим, щоб МКС могла повноцінно виконувати свою основну функцію – бути науковим майданчиком для вивчення безмежного космічного простору та, звичайно ж, нашої планети.
Коли дивишся новини про МКС, то виникає безліч питань щодо того, як космічна станція взагалі може працювати в екстремальних умовах космосу, як вона літає по орбіті і не падає, як у ній можуть жити люди, не страждаючи від високих температур та сонячної радіації.
Вивчивши цю тему і зібравши всю інформацію до купи, зізнатися, я замість відповідей отримав ще більше запитань.
На якій висоті літає МКС?
МКС літає в термосфері на висоті приблизно 400 км від Землі (для інформації – відстань від Землі до Місяця становить приблизно 370 тисяч км). Сама термосфера є атмосферним шаром, який, по суті, ще не зовсім є космосом. Цей шар простягається від Землі відстань від 80 км до 800 км.
Особливість термосфери в тому, що температура з висотою підвищується і може значно коливатися. Понад 500 км зростає рівень сонячної радіації, який може запросто вивести з ладу техніку та негативно вплинути на здоров'я космонавтів. Тому МКС вище за 400 км не піднімається.
Так виглядає МКС із Землі
Яка температура за боротом МКС?
Інформації на цю тему обмаль. Різні джерела говорять по-різному. Кажуть, що на рівні 150 км температура може досягати 220-240 °, а на рівні 200 км більше 500 °. Вище температура продовжує зростати і на рівні 500-600 км вона нібито перевищує 1500°.
За словами самих космонавтів, на висоті 400 км, де літає МКС, температура постійно змінюється залежно від світлотіньової обстановки. Коли МКС перебуває у тіні, температура за бортом опускається до -150°, і якщо вона під прямими променями сонця, температура підвищується до +150°. І це вже навіть не лазня в лазні! Як за такої температури космонавти взагалі можуть перебувати у відкритому космосі? Невже їх рятує супер термокостюм?
Робота космонавта у відкритому космосі за +150°
Яка температура усередині МКС?
На відміну від температури за бортом усередині МКС вдається зберегти стабільну температуру, придатну життя людей – приблизно +23°.Причому, як це робиться, абсолютно незрозуміло. Якщо за бортом, наприклад, +150 °, то як вдається охолодити температуру всередині станції або навпаки і постійно тримати її в нормі?
Як впливає радіація на космонавтів у МКС?
На висоті 400 км радіаційне тло в сотні разів перевищує земне. Тому космонавти на МКС, коли вони опиняються на сонячній стороні, отримують опромінення, рівень якого у кілька разів перевищує дозу, наприклад, отриману при рентгені грудної клітки. А в моменти потужних спалахів на Сонці працівники станції можуть схопити дозу, яка в 50 разів перевищує норму. Як їм при цьому вдається працювати за таких умов тривалий час, також залишається загадкою.
Як впливає космічний пил та сміття на МКС?
За даними NASA, на навколоземній орбіті близько 500 тисяч великих уламків (частин відпрацьованих щаблів або інших деталей космічних кораблів і ракет) і ще невідомо скільки подібного дрібного сміття. Все це «добро» обертається довкола Землі зі швидкістю 28 тисяч км/год і чомусь не притягується до Землі.
Крім того, існує і космічний пил – це всілякі метеоритні уламки або мікрометеорити, які постійно притягуються планетою. Причому, якщо навіть порошинка важить всього 1 грам, вона перетворюється на бронебійний снаряд, здатний продірявити станцію.
Кажуть, якщо до МКС наближаються такі об'єкти, то космонавти змінюють курс станції. Але дрібне сміття або пил неможливо відстежити, тому виходить, що МКС постійно наражається на величезну небезпеку. Як із цим справляються космонавти, знову ж таки незрозуміло. Виходить, що кожен день вони дуже ризикують своїм життям.
Отвір у шатлі Індевор STS-118 від попадання космічного сміття схожий на кульовий отвір
Чому МКС не падає?
У різних джерелах пишуть про те, що МКС не падає завдяки слабкій гравітації Землі та космічній швидкості станції. Тобто, обертаючись навколо Землі зі швидкістю 7,6 км/с (для інформації – період звернення МКС навколо Землі становить лише 92 хв 37 секунд), МКС як би постійно промахується і не падає. Крім того, на МКС є двигуни, які дозволяють постійно коригувати положення 400-тонної махини.
Як Ви думаєте, чому космонавти в космосі відчувають стан невагомості? Є велика ймовірність, що відповісте не правильно.
На питання, чому предмети та космонавти в умовах космічного корабля постають у стані невагомості, багато людей дають таку відповідь:
1. У космосі відсутня сила тяжіння, тому вони нічого не важать.
2. Космос – це вакуум, а у вакуумі немає сили тяжіння.
3. Космонавти знаходяться надто далеко від поверхні Землі, щоб на них могла діяти сила її тяжіння.
Усі ці відповіді неправильні!
Головне, що треба розуміти це те, що в космосі є сила тяжіння. Це досить поширене хибне уявлення. Що утримує Місяць її орбіті навколо Землі? Сила важкості. Що тримає Землю на орбіті навколо Сонця? Сила важкості. Що не дозволяє галактикам розлітатися у різні боки? Сила важкості.
Сила тяжіння існує у космосі скрізь!
Якби ви збудували на Землі вишку заввишки 370 км (230 миль), приблизно як висота орбіти космічної станції, то сила тяжіння, що діє на вас нагорі вишки, була б майже такою самою, як і на поверхні землі.Якби ви зважилися зробити крок з вишки, ви б рушили до Землі так само, як це збирається зробити трохи пізніше цього року Фелікс Баумгартнер (Felix Baumgartner), коли спробує зробити стрибок з краю космосу. (Звичайно, при цьому ми не враховуємо низькі температури, які миттєво почнуть вас заморожувати, або як відсутність повітря чи аеродинамічного опору вбиватиме вас, а падіння крізь шари атмосферного повітря змусить усі частини вашого тіла випробувати на власному досвіді, що таке «здерти три шкіри ». До того ж, раптова зупинка також завдасть вам маси незручностей).
Так, так чому ж космічна орбітальна станція або супутники, що знаходяться на орбіті, не падають на Землю, і чому космонавти і предмети, що їх оточують, усередині міжнародної космічної станції (МКС) або будь-якого іншого космічного корабля здаються плаваючими?
Виявляється, вся справа у швидкості!
Космонавти, сама міжнародна космічна станція (МКС) та інші об'єкти, що знаходяться на земній орбіті, не плавають, насправді вони падають. Але вони не падають на Землю через свою величезну орбітальну швидкість. Натомість вони «падають навколо» Землі. Об'єкти на земній орбіті повинні рухатися зі швидкістю щонайменше 28,160 км/год (17,500 миль на годину). Тому, як тільки вони прискорюються щодо Землі, сила тяжіння Землі відразу ж згинає і веде траєкторію їхнього руху вниз, і вони ніколи не подолають цей мінімум зближення із Землею. Оскільки космонавти мають таке ж прискорення, як і космічна станція, вони мають стан невагомості.
Трапляється, що ми можемо випробувати цей стан — короткочасно — на Землі, у момент падіння.Чи доводилося вам бувати на атракціоні «американські гірки», коли відразу після проходження найвищої точки («вершини гірки»), коли візок уже починає котитися вниз, ваше тіло піднімає з сидіння? Якби ви знаходилися в ліфті на висоті стоповерхового хмарочоса, і відбувся обрив троса, то поки ліфт падав, ви б ширяли в невагомості в кабіні ліфта. Звичайно, у цьому випадку фінал виявився б набагато драматичнішим.
І потім, ви, ймовірно, чули про аероплан, що забезпечує стан невагомості (Vomit Comet) – аероплан KC 135, який НАСА використовує для створення короткочасних станів невагомості, для тренувань космонавтів та перевірки експериментів або обладнання в умовах невагомості (zero-G) , а також для здійснення комерційних польотів у невагомості, коли літак летить по Параболічної траєкторії, як у атракціоні «американські гірки» (але з великими швидкостями і великих висотах), проходить через вершину параболи і прямує вниз, то момент падіння літака створюються умови невагомості. На щастя, літак виходить із пікірування та вирівнюється.
Однак, повернімося до нашої вежі. Якби замість звичайного кроку з вежі ви зробили стрибок з розбігу, ваша енергія, спрямована вперед, віднесла б вас далеко від вежі, разом з тим сила тяжіння знесла б вас вниз. Замість того, щоб приземлитися біля основи вишки, ви приземлилися б на відстані від неї. Якби при розбігу ви збільшили швидкість, ви змогли б стрибнути далі від вежі, перш ніж досягли б землі.Ну, а якби ви могли бігати так само швидко, як рухається орбітою навколо Землі космічний корабель багаторазового використання і МКС, зі швидкістю 28,160 км/год (17,500 миль на годину), то дугова траєкторія вашого стрибка зробила б коло навколо Землі. Ви знаходилися б на орбіті і відчували стан невагомості. Але ви падали б, не досягаючи поверхні Землі. Правда, скафандр і запаси повітря, придатного для дихання, вам все ж таки знадобилися б. А якби ви могли бігати зі швидкістю приблизно 40,555 км/год (25,200 миль на годину), ви вистрибнули б відразу за межі Землі і почали обертатися навколо Сонця.
Існує кілька важливих причин, чому астронавти на орбіті не можуть перебувати в тих самих умовах, що й на Землі.
Якщо згадати роботи Альберта Ейнштейна або науково-фантастичні твори, то штучну земну гравітацію можна створити в умовах з дуже низькою гравітацією. Тим не менш, існує кілька причин, чому на Міжнародній космічній станції (МКС) досі не зробили так, щоб астронавти не знаходилися в невагомості, а відчували себе майже як вдома, пише IFLScience.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та захоплюючі новини зі світу науки!
Як показав уявний експеримент Альберта Ейнштейна з людиною, що падає з будівлі і відчуває невагомість, гравітація та прискорення еквівалентні. Якби ви знаходилися всередині космічного корабля без вікон, що має прискорення вільного падіння 1g, то ви б не змогли визначити, чи знаходитесь ви всередині такого корабля або просто сидите всередині металевої скриньки на Землі.
Теоретично можливо створити штучну гравітацію або за допомогою постійного прискорення космічного корабля, або за допомогою створення корабля, який постійно обертається. Таким чином, штучна гравітація була б створена за допомогою відцентрової сили.
Для будь-якого астронавта було дуже корисно перебувати в умовах штучної гравітації під час перебування у космосі. Життя в умовах низької гравітації протягом тривалого часу негативно впливає на організм людини. Зокрема, це стосується погіршення роботи м'язів та стану кісток. Адже організм людини виріс за умов звичайної земної гравітації. Щоб уникнути негативного впливу невагомості на організм, астронавти на МКС постійно займаються фізичними вправами.
Але захистити здоров'я астронавтів можна було б за допомогою штучної гравітації. Чому це не зробили на МКС? Одна з причин полягає в тому, що це поки що просто неможливо, принаймні без деяких неприємних наслідків. Джон Пейдж з Університету Нового Південного Уельсу каже, що що менше космічний корабель, то швидше він має обертатися, тому створення штучної гравітації потрібен дуже великий космічний корабель, який обертається дуже повільно. Але це призведе до того, що зникне різниця рівня гравітації між головою та ногами, а тому це може спричинити накопичення крові в ногах та запаморочення.
Існує кілька причин, чому на Міжнародній космічній станції (МКС) досі не зробили так, щоб астронавти не перебували в невагомості, а почувалися майже як удома.
За словами Пейджа, для створення комфортної штучної гравітації знадобиться космічний корабель, який буде набагато більшим за футбольне поле, але розмір МКС менший.
Є й інша, суттєвіша причина, через яку вчені навіть не намагаються створити штучну гравітацію на МКС. Мета космічної станції полягає у проведенні наукових експериментів саме в умовах низької гравітації.
Мета космічної станції полягає у проведенні наукових експериментів саме в умовах низької гравітації.
Немає іншого такого об'єкта, який дозволяв би людям проводити дослідження у стійкому та стабільному середовищі низької гравітації, де можна зробити захоплюючі нові відкриття з різних галузей науки.
Астронавти вивчають вплив мікрогравітації на все, від зростання ембріонів мишей та бактерій до того, що відбувається з вогнем поза сильним гравітаційним полем. Наявність штучної гравітації суперечило б усьому змісту існування МКС.
Можливо, у майбутньому буде створено величезні космічні кораблі для переміщення в глибший космос, де буде створено штучну гравітацію для комфортного життя людей під час тривалих подорожей.
Як уже писав Фокус, виявлено найближчу до нас пару знищувачів матерії Дві надмасивні чорні дірки знаходяться в процесі злиття, що призведе до утворення ще більшого об'єкта.
Також Фокус писав про те, що над пірамідами Єгипту вчені виявили бульбашки із плазми. Вчені використали потужний радар і виявили величезні бульбашки із плазми в атмосфері Землі над територіями, які поділяють тисячі кілометрів.
- Читайте нас у:
- Читайте у Telegram
- Читайте у Facebook
- Читайте у Twitter
- Читайте у Google news
- Читайте у Viber
- Теги:
- космос
- мкс
- орбіта
- невагомість
- астронавти
- гравітація
- космічна станція
- освоєння космосу
- Поділитися:
- відправити до Telegram
- поділитися у Facebook
- твітнути
- відправити до Viber
- відправити до Whatsapp
- відправити до Messenger