Аннотация
Статья содержит дополнительную информацию раздела физики связанного с изучением астрономии.
Valuiki
Abstract
The article contains additional information section of physics associated with the study of astronomy
В разделе физики, связанном с движением тела под действием силы тяжести необходимо закрепить и расширить представления учащихся об условиях запуска и законах движения космических аппаратов.
Вначале целесообразно напомнить те сведения и закономерности движения ИСЗ, которые уже сообщались в курсе физики (понятие о первой и второй космических скоростях и т.п.). После этого надо более полно рассказать об эллиптических движениях космических аппаратов. При этом надо подчеркнуть, что круговое движение есть частный случай эллиптических движений небесных тел. Осуществить круговую орбиту ИСЗ весьма трудно, и не случайно, что существующие и существовавшие ИСЗ имеют эллиптические орбиты, более или менее отличающиеся от круговых. Для получения круговых орбит надо выдержать точное соответствие величины и направления вектора скорости в конце участка выведения расчетной величине круговой скорости на данной высоте. Отклонения от параметра круговых орбит почти неизбежны при запуске ИСЗ. Поэтому зачастую ракета- носитель сообщает ИСЗ скорость, несколько большую круговой, или разгоняет его не в строго горизонтальном направлении. Во многих случаях специально запускают спутники на эллиптические орбиты.
Затем можно рассмотреть два способа выведения ИСЗ на орбиту. Анализ формулы круговой скорости показывает, что величина скорости уменьшается с увеличением высоты. Но это не означает, что получить орбиту спутника с большой высотой перигея легче, чем с малой высотой. Оказывается, что потери в скорости на преодоление силы тяжести гораздо больше, чем уменьшение круговой скорости на этом отрезке высоты. Отсюда следует, что легче всего осуществить выведение на орбиту ИСЗ непосредственно в перигее. Ракета-носитель стартует вертикально вверх и по определенной программе разворачивается на активном участке. Такая программа обеспечивает простоту пусковых устройств и благоприятные условия полета непосредственно после старта, а также более быстрое прохождение плотных слоев атмосферы с одновременным набором горизонтальной составляющей скорости. Чтобы получить орбиты с небольшой высотой перигея, при запуске должно быть обеспечено достижение заданной скорости для данной расчетной высоты.
Получение же орбит с большой высотой перигея сопряжено с дополнительными трудностями (например, учет закона изменения массы для многоступенчатых ракет). Для этого рассчитывают, например, такую программу выведения, когда по достижении некоторой скорости после запуска и выхода из плотных слоев атмосферы двигатели ракеты выключаются. При этом часть топлива остается неизрасходованной. Ракета-носитель в своем свободном полете поднимается по траектории до достижения заданной высоты. Затем двигатели последней ступени снова включаются, и космический аппарат разгоняется до заданной скорости.
Получение орбит ИСЗ с большой высотой перигея необходимо для проведения научных исследований в большом диапазоне высот.
Если ИСЗ удаляется от перигея, то на него действует тангенциальная составляющая гравитационной силы в направлении, противоположном его скорости. Поэтому его скорость на этом участке уменьшается, принимая согласно закону Кеплера наименьшее значение в апогее.
На участке же движения к перигею тангенциальная составляющая гравитационной силы по направлению совпадает с вектором скорости, отчего величина ее возрастает, принимая наибольшее значение в перигее.
Следует отметить, что если ИСЗ надо запустить на эллиптическую орбиту с большой высотой перигея, то сначала выводят спутник на низкую промежуточную орбиту. Используя дополнительный старт с этой орбиты выводят спутники на более высокие орбиты. Эти многоимпульсные маневры удобны также для запусков нескольких спутников одной ракетой-носителем на одну или несколько орбит.
Количество просмотров публикации: -