Kodėl TKS nenukrenta iš orbitos? Kodėl žmonės kosmose patiria nesvarumą? Faktai apie ISS

Paklausus, kodėl objektai, kaip ir patys astronautai, orbitoje yra nesvarumo būsenoje, dažnai galite išgirsti neteisingus atsakymus. Iš tikrųjų erdvėje egzistuoja gravitacijos jėga, nes ji laiko planetas kartu.

Be gravitacijos galaktikos galėtų tiesiog skraidyti į visas puses. Tiesą sakant, nesvarumas atsiranda dėl judėjimo greičio.

Kritimas „netoli žemės“

Iš tikrųjų astronautai, kaip ir kiti objektai, esantys Žemės orbitoje, krenta. Tačiau šis kritimas vyksta ne įprasta prasme (į Žemę, orbitos greičiu), o tarsi aplink Žemę.

Be to, jų judėjimas turi būti ne mažesnis kaip septyniolika su puse mylių per valandą. Greitėjant Žemės atžvilgiu, gravitacija čia perkelia judėjimo trajektoriją, nukreipdama ją žemyn, todėl astronautai skrydžio metu niekada negalės įveikti minimalaus priartėjimo prie Žemės. O dėl to, kad astronautų pagreitis prilygsta kosminės stoties pagreičiui, jie yra nesvarumo būsenoje.

Arba kodėl nekrenta palydovai? Palydovo orbita yra subtilus balansas tarp inercijos ir gravitacijos. Gravitacijos jėga nuolat traukia palydovą link Žemės, o palydovo inercija linkusi išlaikyti jo judėjimą tiesiai. Jei nebūtų gravitacijos, palydovo inercija jį siųstų tiesiai iš Žemės orbitos į kosmosą. Tačiau kiekviename orbitos taške gravitacija palaiko palydovą pririštą.

Norint pasiekti pusiausvyrą tarp inercijos ir gravitacijos, palydovas turi turėti griežtai apibrėžtą greitį. Jei jis skrenda per greitai, inercija įveikia gravitaciją ir palydovas palieka orbitą. (Paleidžiant tarpplanetines kosmines stotis svarbų vaidmenį atlieka vadinamojo antrojo pabėgimo greičio, leidžiančio palydovui palikti Žemės orbitą, apskaičiavimas.) Jei palydovas judės per lėtai, kovą su inercija laimės gravitacija, o palydovas nukristi į Žemę. Būtent taip atsitiko 1979 m., kai dėl augančio viršutinių žemės atmosferos sluoksnių pasipriešinimo ėmė nykti Amerikos orbitinė stotis Skylab. Pagauta geležinio gravitacijos gniaužtų, stotis netrukus nukrito į Žemę.

Greitis ir atstumas

Kadangi Žemės gravitacija mažėja didėjant atstumui, greitis, reikalingas palydovui išlaikyti orbitoje, skiriasi priklausomai nuo aukščio. Inžinieriai gali apskaičiuoti, kokiu greičiu ir kokio aukščio turi skrieti palydovas. Pavyzdžiui, geostacionarus palydovas, visada esantis virš to paties žemės paviršiaus taško, turi apskrieti vieną orbitą per 24 valandas (tai atitinka vieno Žemės apsisukimo aplink savo ašį laiką) 357 kilometrų aukštyje.

Gravitacija ir inercija

Palydovo pusiausvyrą tarp gravitacijos ir inercijos galima imituoti sukant svorį ant prie jo pritvirtintos virvės. Krovinio inercija linkusi jį atitolinti nuo sukimosi centro, o lyno įtempimas, veikdamas kaip gravitacija, išlaiko krovinį apskritime. Nukirpus virvę, krovinys nuskris tiesiu keliu, statmenu jo orbitos spinduliui.

Tarptautinė kosminė stotis (TKS) yra didelio masto ir, ko gero, sudėtingiausias techninis projektas savo organizacijoje per visą žmonijos istoriją. Kasdien šimtai specialistų visame pasaulyje dirba siekdami užtikrinti, kad TKS galėtų visapusiškai atlikti savo pagrindinę funkciją – būti moksline platforma tiriant beribę kosmosą ir, žinoma, mūsų planetą.

Žiūrint naujienas apie TKS kyla daug klausimų, kaip kosminė stotis apskritai gali veikti ekstremaliomis kosmoso sąlygomis, kaip ji skrenda orbitoje ir nenukrenta, kaip žmonės gali joje gyventi nenukentėdami nuo aukštos temperatūros ir saulės spinduliuotės. .

Išstudijavus šią temą ir kartu surinkus visą informaciją, turiu pripažinti, kad vietoj atsakymų sulaukiau dar daugiau klausimų.

Kokiame aukštyje skraido TKS?

TKS skrenda termosferoje maždaug 400 km aukštyje nuo Žemės (informacijai – atstumas nuo Žemės iki Mėnulio yra maždaug 370 tūkst. km). Pati termosfera yra atmosferos sluoksnis, kuris iš tikrųjų dar nėra visiškai erdvė. Šis sluoksnis tęsiasi nuo Žemės iki 80 km iki 800 km atstumo.

Termosferos ypatumas yra tas, kad temperatūra didėja didėjant aukščiui ir gali labai svyruoti. Virš 500 km didėja saulės spinduliuotės lygis, kuris gali lengvai sugadinti įrangą ir neigiamai paveikti astronautų sveikatą. Todėl TKS nepakyla aukščiau 400 km.

Štai kaip TKS atrodo iš Žemės

Kokia temperatūra už TKS?

Informacijos šia tema labai mažai. Skirtingi šaltiniai sako skirtingai. Jie sako, kad 150 km aukštyje temperatūra gali siekti 220–240 °, o 200 km aukštyje - daugiau nei 500 °. Virš to temperatūra toliau kyla ir 500-600 km lygyje tariamai jau viršija 1500°.

Pasak pačių kosmonautų, 400 km aukštyje, kuriame skrenda TKS, temperatūra nuolat kinta priklausomai nuo šviesos ir šešėlių sąlygų. Kai TKS yra šešėlyje, lauke temperatūra nukrenta iki -150°, o esant tiesioginiams saulės spinduliams, temperatūra pakyla iki +150°. Ir tai jau net ne garinė pirtyje! Kaip astronautai net gali būti kosmose esant tokiai temperatūrai? Ar tikrai juos gelbsti super termo kostiumas?

Kosmonauto darbas kosmose +150°

Kokia temperatūra TKS viduje?

Priešingai nei temperatūra lauke, TKS viduje galima palaikyti stabilią žmogaus gyvybei tinkamą temperatūrą – maždaug +23°. Be to, visiškai neaišku, kaip tai daroma. Jei lauke, pavyzdžiui, +150°, kaip galima atvėsinti temperatūrą stoties viduje ar atvirkščiai ir nuolat palaikyti normalią?

Kaip radiacija veikia TKS astronautus?

400 km aukštyje foninė spinduliuotė šimtus kartų didesnė nei Žemėje. Todėl TKS astronautai, atsidūrę saulėtoje pusėje, gauna kelis kartus didesnį radiacijos lygį nei dozė, gaunama, pavyzdžiui, atlikus krūtinės ląstos rentgenogramą. O galingų saulės blyksnių metu stoties darbuotojai gali išgerti 50 kartų didesnę dozę nei įprasta. Kaip jiems pavyksta ilgai dirbti tokiomis sąlygomis, taip pat lieka paslaptimi.

Kaip kosminės dulkės ir šiukšlės veikia TKS?

NASA duomenimis, žemoje Žemės orbitoje yra apie 500 tūkstančių didelių šiukšlių (panaudotų etapų dalys ar kitos erdvėlaivių ir raketų dalys) ir iki šiol nežinoma, kiek panašių smulkių šiukšlių. Visas šis „gėris“ sukasi aplink Žemę 28 tūkst. km/h greičiu ir kažkodėl nesitraukia prie Žemės.

Be to, yra ir kosminių dulkių – tai visokie meteoritų fragmentai ar mikrometeoritai, kuriuos nuolat traukia planeta. Be to, net jei dulkių dėmė sveria tik 1 gramą, ji virsta šarvus pradurtu sviediniu, galinčiu padaryti skylę stotyje.

Jie sako, kad jei tokie objektai priartėja prie TKS, astronautai keičia stoties kursą. Tačiau smulkių šiukšlių ar dulkių atsekti nepavyksta, todėl pasirodo, kad TKS nuolatos gresia didelis pavojus. Kaip su tuo susidoroja astronautai, vėlgi neaišku. Pasirodo, kiekvieną dieną jie labai rizikuoja savo gyvybe.

Erdvinių šiukšlių skylė erdvėlaivyje Endeavour STS-118 atrodo kaip kulkos skylė

Kodėl TKS nenukrenta?

Įvairūs šaltiniai rašo, kad TKS nenukrenta dėl silpnos Žemės gravitacijos ir stoties pabėgimo greičio. Tai yra, besisukanti aplink Žemę 7,6 km/s greičiu (informacijai, TKS apsisukimo aplink Žemę laikotarpis yra tik 92 minutės 37 sekundės), TKS tarsi nuolat praleidžia ir nekrenta. Be to, TKS turi variklius, leidžiančius nuolat reguliuoti 400 tonų sveriančio koloso padėtį.

Mes kalbame apie tai, kad bet koks objektas, esantis arti Žemės, yra veikiamas jo gravitacinės jėgos. Ir jei taip, tai jis negali ilgai išbūti savo orbitoje ir tikrai iškris į paviršių, jei prieš tai nesudegs viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Toks pat likimas teoriškai turėtų ištikti ir TKS, esančią 400 kilometrų nuo planetos paviršiaus. Tačiau net ir toks didelis atstumas negali atleisti kosminės stoties nuo žemės traukos jėgos. Bet kaip tada jis taip ilgai išliks nejudančioje orbitoje?

Pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra tarptautinė kosminė stotis. Tai sudėtinga modulinė konstrukcija, sverianti 400 tonų. Jei kalbėsime apie jo dydį, tai maždaug toks pat kaip amerikietiško futbolo aikštė. Tokiai konstrukcijai surinkti prireikė 13 metų. Per tą laiką buvo atliktas didžiulis darbas, apimantis: daugybę kosminių krovininių laivų „Progress“, „American Shuttles“ ir astronautų paleidimų į kosmosą. Tarptautinė kosminė stotis šiuo metu kainuoja daugiau nei 150 mlrd. Stotyje nuolat dirba šeši kosmonautai, kurie yra įvairių pasaulio šalių atstovai.

Bet grįžkime prie pradinio klausimo ir pabandykime išsiaiškinti, kodėl stotis, veikiama gravitacijos, nenukrenta į Žemės paviršių.

Tiesą sakant, jis pamažu krenta. Per metus jo mažėjimas siekia du kilometrus. Ir jei ne orbitos reguliavimas, seniai būtume su juo atsisveikinę. Būtent savalaikiai koregavimai leidžia TKS išlikti stacionarioje orbitoje. Nepatikėsite, bet toks sudėtingas ir sunkus dizainas pasižymi didžiausiu mobilumu. Jis gali keisti orbitos parametrus, judėti visomis kryptimis ir, jei reikia, netgi apsiversti, kad, pavyzdžiui, apeitų įvairius kosminius objektus, tarp kurių yra ir kosminių šiukšlių.

Visi judesiai atliekami naudojant specialius variklius, vadinamus girodinais. Stotyje jų yra keturi. Stočiai orientuotis ar jos orbitai reguliuoti iš Žemės gaunama komanda jas paleisti, po kurios stotis pradeda judėti. Už tokią atsakingą operaciją atsakingas specialus operatorius. Jo atsakomybė apima ne tik savalaikį TKS orbitos sureguliavimą, bet ir jos saugumo užtikrinimą, siekiant išvengti susidūrimų su meteoritais ir kosminėmis šiukšlėmis. Panašūs stiprintuvai ir varikliai yra krovininiame erdvėlaivyje „Progress“, prijungtuose prie TKS. Su jų pagalba taip pat galite pakoreguoti jo orbitą.

Operatorius taip pat stebi stoties svorį. Be to neįmanoma tiksliai apskaičiuoti herodinų traukos, kuri neturėtų būti mažesnė nei 1 m/s. Stoties masė nuolat kinta. Paprastai tai atsitinka kito krovininio laivo „Progress“, kuris į laivą pristato naudingą krovinį, prijungimo momentu. Planuojamo stoties perkėlimo procese kosmonautai nedalyvauja. Viską valdo operatorius iš Žemės.