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

Тайна, покрытая маской Тайна, покрытая маской

Одна из самых знаменитых загадок французской истории: тайна Железной Маски

Дилетант
Боже, прими короля. Почему футбол после смерти Пеле не будет прежним Боже, прими короля. Почему футбол после смерти Пеле не будет прежним

Разбираем феномен легендарного футболиста Пеле

Правила жизни
Лучше, чем жизнь Лучше, чем жизнь

Традиционно самыми ресурсоемкими считались спецэффекты для кино

Популярная механика
Рыбам - каблуки, Ракам - мунбуты: какая обувь Рыбам - каблуки, Ракам - мунбуты: какая обувь

Наш астрологический шоппинг-лист

VOICE
Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта

Пять примеров, когда бросить начатое не только возможно, но и необходимо

Psychologies
Как ухаживать за самой часто используемой обувью: правила стирки домашних тапочек Как ухаживать за самой часто используемой обувью: правила стирки домашних тапочек

Как и любой другой обуви, тапкам необходим уход. Вот несколько полезных советов!

ТехИнсайдер
В 17 лет ею выстрелили из пушки. Потом она пела в опере и сломала спину: удивительная история В 17 лет ею выстрелили из пушки. Потом она пела в опере и сломала спину: удивительная история

Не все женщины сетуют на свою хрупкость

ТехИнсайдер

Биография знаменитого прозаика Андрея Платонова была не без трагедий

ТехИнсайдер
Как привести в порядок пищевые привычки: советы диетолога Как привести в порядок пищевые привычки: советы диетолога

Как понять, что наш рацион изменился в худшую сторону?

Psychologies
Язык под соусом Язык под соусом

Кулинария – один из самых выразительных способов коммуникации

Grazia
«Мама — это где-то рядом с Москвой». В поисках точки абсолютного покоя «Мама — это где-то рядом с Москвой». В поисках точки абсолютного покоя

Помогут ли санкции вернуть промышленность на отдаленные северные территории

Эксперт
Адам Драйвер Адам Драйвер

Адам Драйвер – о своей роли профессора Глэдни в «Белом шуме»

Grazia
Как улучшить психическое здоровье? Нужно переехать в особую местность: ответ ученых Как улучшить психическое здоровье? Нужно переехать в особую местность: ответ ученых

Что поможет человеку улучшить его душевное состояние?

ТехИнсайдер
Возможна ли любовь по переписке: история читательницы и мнение юнгианского аналитика Возможна ли любовь по переписке: история читательницы и мнение юнгианского аналитика

Можно ли полюбить, не зная человека в реальной жизни?

Psychologies
Приносят в жертву оленей и готовят белые блюда: 10 удивительных фактов о новогодних обычаях народов России Приносят в жертву оленей и готовят белые блюда: 10 удивительных фактов о новогодних обычаях народов России

Интересные новогодние обычаи из книги «Страшный, таинственный, разный Новый год»

ТехИнсайдер
Снеживиночка и внучка Деда Мороза: что мы знаем о главном женском зимнем персонаже Снеживиночка и внучка Деда Мороза: что мы знаем о главном женском зимнем персонаже

Forbes Woman рассказывает о снегурочке и о других женских зимних персонажах

Forbes
Что нельзя есть при повышенном сахаре в крови: 7 запрещенных продуктов Что нельзя есть при повышенном сахаре в крови: 7 запрещенных продуктов

Увы, при повышенном сахаре в крови от многих лакомств придется отказаться!

ТехИнсайдер
Эти продукты остановят выпадение волос! Включите их в свой рацион прямо сейчас Эти продукты остановят выпадение волос! Включите их в свой рацион прямо сейчас

Что такое биотин и как он влияет на состояние наших волос?

ТехИнсайдер
«Опасные» таблетки: почему мы боимся принимать психотропные препараты — 2 главных мифа «Опасные» таблетки: почему мы боимся принимать психотропные препараты — 2 главных мифа

На какие стереотипы мы опираемся, когда решаем — пить или не пить таблетки

Psychologies
Польза или пиар Польза или пиар

Какую косметику выпускают звезды Голливуда (разбираем состав с экспертом)

Лиза
Креветки Креветки

Креветки: нежный вкус и низкое содержание жиров

Здоровье
Семь советов: как не поправиться в Новый год? Семь советов: как не поправиться в Новый год?

Как же наслаждаться новогодней едой, не рискуя фигурой?

Здоровье
Терпеть — не могу! Как научиться сдерживать себя и сохранять самообладание Терпеть — не могу! Как научиться сдерживать себя и сохранять самообладание

Рассказываем, как развить в себе терпение

VOICE
О чем фильм «Треугольник печали» Рубена Эстлунда, снова издевающегося над привилегированными людьми О чем фильм «Треугольник печали» Рубена Эстлунда, снова издевающегося над привилегированными людьми

Какую важную для себя тему Эстлунд прячет за критикой буржуазии

СНОБ
Величайший в истории: как Пеле стал легендой, на которой держится современный футбол Величайший в истории: как Пеле стал легендой, на которой держится современный футбол

Почему Пеле считается величайшим в истории футбола

Forbes
«Кладовые солнца» калужской земли «Кладовые солнца» калужской земли

Болота. Много или мало их в России?

Наука и жизнь
Правда ли нужно выпивать два литра воды в день? Ученые из Японии и США развенчали популярный миф Правда ли нужно выпивать два литра воды в день? Ученые из Японии и США развенчали популярный миф

Сколько нужно пить воды в день?

Inc.
Флажки на верёвочке Флажки на верёвочке

Зимы XX века – в детских воспоминаниях наших героев

Новый очаг
Анна Ахматова: сложное сердце Анна Ахматова: сложное сердце

Можно ли поведать историю Анны Ахматовой через ароматы?

СНОБ
Домашнее задание на каникулы: 6 выдающихся фильмов 2022 года Домашнее задание на каникулы: 6 выдающихся фильмов 2022 года

Шесть очень разных, но без исключений выдающихся картин

Правила жизни
Открыть в приложении