Weltraumtunnel und Eisen auf dem Kopf oder warum brauchen wir das Kosmodrom Vostochny

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Neulich wurde ich gebeten, die Infografik von RIA Novosti zu konsultieren, die dem ersten Start vom Kosmodrom Vostochny gewidmet ist. Und es wird eine wesentliche Vereinfachung aufgrund der Beschränkungen des Formats des Materials geben. Tatsächlich brauchen wir das Kosmodrom Vostochny nicht, weil die meisten zivilen Starts vom Kosmodrom Baikonur aus erfolgen.

Aber um zu erklären, warum wir es brauchen, müssen wir erklären, warum die Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs mit einem Tunnel verglichen werden kann, und auch erklären, welche Art von "Eisen" vom Himmel fällt und auf wen es fällt.

Tunnel in den Himmel

Die Physik der Orbitalbewegung ist völlig kontraintuitiv. Es ist vielmehr das Gegenteil von dem, was sich ein gewöhnlicher Mensch vorstellt. Und selbst gute Filme, die scheinbar nach Realismus streben, vermitteln eine völlig falsche Vorstellung davon, wie Satelliten und Raumschiffe fliegen. Erinnern Sie sich an "Gravity", das bekanntermaßen vom Hubble zur ISS und dann zur chinesischen Station flog? Selbst wenn wir den Unterschied in den Bahnhöhen vernachlässigen, tötet ein Parameter der Bahnbewegung selbst die geringste Chance auf solche Flüge. Dieser Parameter wird "Bahnneigung" genannt.

Bahnneigungist der Winkel zwischen der Ebene der Umlaufbahn des Satelliten und der Ebene des Äquators (für einen Erdsatelliten)

Im Fall von "Schwerkraft" sieht das Bild beispielsweise so aus:

Und dass die Ebenen der Bahnen überhaupt nicht zusammenfallen, ist kein Problem. Das eigentliche Problem besteht darin, dass für eine niedrige Kreisbahn (und Hubble, ISS, Tiangong und die Masse anderer Satelliten haben eine niedrige Kreisbahn) die Änderung der Neigung sehr teuer ist. Um die Umlaufbahn um 45° zu "drehen", müssen wir unsere Geschwindigkeit um etwa 8 km / s ändern, den gleichen Betrag, den wir für den Eintritt in die Umlaufbahn benötigten. Und das Ändern der Geschwindigkeit ist eine Verschwendung von Kraftstoff und ein Zurücksetzen der Stufen. Das heißt, wenn eine Rakete mit einer Masse von 300 Tonnen 7 Tonnen in die Umlaufbahn bringt, bleiben nach einer Neigungsänderung um 45 ° nur noch 150 Kilogramm übrig. Tatsächlich fliegt jeder Orbiter in einem unsichtbaren Tunnel, dessen Durchmesser von seiner Fähigkeit abhängt, seine Geschwindigkeit zu ändern. Daher versuchen sie beim Start von Satelliten, diese sofort in die gewünschte Neigung zu bringen.

Ausgetretene Straßen

Welche Neigung wird für bestehende Orbiter verwendet? Es gibt jetzt viele Satelliten in der Erdumlaufbahn:

Wenn Sie genau hinsehen, können Sie feststellen, dass sich in einigen Umlaufbahnen mehr Satelliten befinden. Hier ist ein Bild, das die Bewegung von Satelliten relativ zur Erde zeigt:

Geostationäre Umlaufbahn (Grün). Es handelt sich um eine kreisförmige Umlaufbahn mit einer Höhe von 36.000 km und einer Neigung von 0°. Der darauf befindliche Satellit befindet sich über einem Punkt der Erdoberfläche, daher ist im Bild die korrekte geostationäre Umlaufbahn durch einen grünen Punkt gekennzeichnet. Grüne Schleifen sind defekte Satelliten oder kein Treibstoff. Die geostationäre Umlaufbahn steht unter dem störenden Einfluss des Mondes, und Sie müssen Treibstoff verbrauchen, um an Ort und Stelle zu bleiben. Diese Umlaufbahn wird von Telekommunikationssatelliten bewohnt, die rentabel sind, daher ist es bereits schwierig, darauf freie Plätze zu finden.

GLONAS / GPS-Umlaufbahnen (Blau und rot). Diese Umlaufbahnen haben eine Höhe von etwa 20.000 Kilometern und eine Neigung von etwa 60 °. Wie der Name schon sagt, tragen sie Navigationssatelliten.

Polare Umlaufbahnen (Gelb). Diese Bahnen sind im Bereich von 90 ° geneigt und die Höhe beträgt normalerweise nicht mehr als 1000 km. In diesem Fall fliegt der Satellit bei jeder Umdrehung über die Pole und sieht das gesamte Territorium der Erde. Eine eigene Unterart solcher Umlaufbahnen sind sonnensynchrone Umlaufbahnen mit einer Höhe von 600-800 km und einer Neigung von 98°, in denen Satelliten etwa zur gleichen Ortszeit verschiedene Teile der Erde überfliegen. Diese Umlaufbahnen sind für Wetter-, Kartierungs- und Aufklärungssatelliten gefragt.

Außerdem ist die ISS-Umlaufbahn mit einer Höhe von 450 km und einer Neigung von 51,6° zu beachten.

Herzlose Geographie

Nun gut, wir haben die Stimmungen herausgefunden, wird der Leser sagen. Und woher kommt das Kosmodrom? Tatsache ist, dass es ein so unangenehmes physikalisches Gesetz gibt:

Die anfängliche Neigung der Umlaufbahn darf nicht geringer sein als der Breitengrad des Kosmodroms

Warum so? Alles wird klarer, wenn wir die Flugbahn des Satelliten auf die Erdkarte zeichnen:

Wenn wir, ausgehend von Baikonur, nach Osten beschleunigen, erhalten wir eine Umlaufbahn mit einer Neigung der Breite von Baikonur, 45 ° (rot). Wenn wir nach Nordosten beschleunigen, liegt der nördlichste Punkt der Umlaufbahn nördlich von Baikonur, dh die Neigung wird größer (gelb). Wenn wir versuchen zu betrügen und nach Südosten zu beschleunigen, hat die resultierende Umlaufbahn immer noch den nördlichsten Punkt nördlich von Baikonur und wiederum eine größere Neigung (blau).

Aber eine solche Umlaufbahn ist physikalisch unmöglich, weil sie nicht durch den Massenmittelpunkt der Erde geht. Genauer gesagt ist es unmöglich, mit ausgeschaltetem Motor zu fliegen. Sie können sich bei laufendem Motor einige Zeit in einer solchen Umlaufbahn befinden, aber der Kraftstoff geht sehr schnell aus.

Wenn wir also Satelliten in eine geostationäre Umlaufbahn und nicht vom Äquator aus starten möchten, müssen wir die Umlaufbahnneigung irgendwie zurücksetzen, was Treibstoff verbraucht. Es sind diese Kosten, die erklären, warum dieselbe Sojus-2.1a-Rakete erfolgreich Satelliten vom Kosmodrom Kuru in der Nähe des Äquators in eine geostationäre Umlaufbahn bringt, aber nicht für diese Aufgaben von Baikonur aus verwendet wird.

Russland ist ein nördliches Land. Und wenn Satelliten von Plessezk, das sich auf einem Breitengrad von 63 ° befindet, sicher in polare und GLONASS-Umlaufbahnen gebracht werden können, dann gilt für eine geostationäre Umlaufbahn, je weiter südlich das Kosmodrom liegt, desto besser. Und hier tritt das zweite Problem in Kraft – nicht jedes Territorium ist für ein Kosmodrom geeignet.

Tritt auf Kumpol

Alle modernen Raketen lassen beim Start eines Satelliten verbrauchte Stufen und Nasenverkleidungen fallen, die auf die Erde fallen. Wenn sich die Absturzstelle in einem anderen Land befindet, müssen Sie bei jedem Start mit diesem Land verhandeln. Daher beträgt zum Beispiel die minimale Neigung des Kosmodroms Baikonur nicht 45°, sondern 51°, da sonst die zweite Stufe nach China fällt:

Und dort, wo die erste Etappe fiel, muss man mit Kasachstan verhandeln und die Nutzung dieser Flächen bezahlen. Manchmal treten Probleme auf und der Start von Satelliten verzögert sich. Die Bereiche des Herbstes müssen ziemlich groß verfremdet werden:

Und im europäischen Teil Russlands gibt es keine guten Orte für ein Kosmodrom. Ich habe mit den Karten gespielt, im Kaukasus können Sie ausweichen und versuchen, aus der Region Mozdok zu starten, aber selbst dann müssen Sie es versuchen, damit die zweiten Etappen nicht nach Kasachstan fallen. Wenn Sie eine Rakete von der Krim starten, wird die erste Stufe in bewohnte Gebiete in der Nähe von Rostow am Don fallen, und die zweite Stufe wird wieder versuchen, nach Kasachstan zu fallen. Dabei sind die Infrastrukturprobleme bei beiden Optionen noch nicht berücksichtigt. Vor diesem Hintergrund werden Sie sich die Neigungen für US-Raumfahrthäfen ansehen und die Herzlosigkeit der Physik und Geographie bedauern.

Aber wir haben auch eine Ostküste. Und wenn wir das Kosmodrom dort platzieren, ist es möglich, abgelegene Gebiete für den Fall der verbrauchten Etappen für die gefragtesten Neigungen zu finden: 51, 6 ° (zur ISS und zur geostationären Umlaufbahn), 64, 8 ° (GLONASS, einige Erdbeobachtungssatelliten), 98° (in die polare Umlaufbahn).

Noch einmal These

Das Kosmodrom Vostochny wird es uns ermöglichen, Nutzlasten in die geostationäre Umlaufbahn und zur ISS zu starten, ohne diese Starts mit anderen Ländern koordinieren und für die Nutzung der Sperrgebiete bezahlen zu müssen. Es befindet sich im südlichen Teil des Landes und bietet eine anfängliche Orbitalneigung, die nicht schlechter ist als die von Baikonur. Es ist irrational, in Baikonur einen Startkomplex für die neue Angara-Trägerrakete zu bauen (wiederum Koordination von Starts und Absturzbereichen), aber von Vostochny aus wird er nicht weniger Nutzlast bieten.

Nette Kleinigkeit: Der neue Startkomplex mit Serviceturm, wie in Kourou, ermöglicht den Start westlicher Nutzlasten, die stehend auf der Trägerrakete montiert werden müssen.

Ein Bonus ist auch der Ausbau der Infrastruktur, ein Impuls für die Entwicklung des Territoriums, eine Wissenschaftsstadt und so weiter.

UPD: Infografik aus. Schade, wir hatten keine Zeit, die Platzierung der Satelliten neu zu zeichnen. Noch ganz kurz haben wir versucht zu erklären, was hier geschrieben steht. Meiner Meinung nach ist es gut geworden.