კოსმოსური ხომალდის ფრენები ენერგიის დიდ მოხმარებას გულისხმობს. მაგალითად, Soyuz-ის გამშვები მანქანა, რომელიც დგას გაშვებაზე და მზად არის გასაშვებად, იწონის 307 ტონას, საიდანაც 270 ტონაზე მეტი საწვავია, ანუ ლომის წილი. გარე კოსმოსში გადაადგილებაზე ენერგიის გიჟური რაოდენობის დახარჯვის აუცილებლობა დიდწილად დაკავშირებულია მზის სისტემის შორეულ მონაკვეთების დაუფლების სირთულეებთან.
სამწუხაროდ, ტექნიკური გარღვევა ამ მიმართულებით ჯერ არ არის მოსალოდნელი. საწვავის მასა რჩება ერთ-ერთ მთავარ ფაქტორად კოსმოსური მისიების დაგეგმვისას და ინჟინრები იყენებენ ყველა შესაძლებლობას საწვავის დაზოგვის მიზნით, რათა გაახანგრძლივონ მოწყობილობის მუშაობა. გრავიტაციული მანევრები ფულის დაზოგვის ერთ-ერთი გზაა.
როგორ ვიფრინოთ კოსმოსში და რა არის გრავიტაცია
მოწყობილობის ვაკუუმში გადაადგილების პრინციპი (გარემო, საიდანაც შეუძლებელია გამოძევება არც პროპელერით, არც ბორბლებით ან სხვა რამით) იგივეა დედამიწაზე დამზადებული ყველა ტიპის სარაკეტო ძრავისთვის. ეს არის რეაქტიული ბიძგი. გრავიტაცია ეწინააღმდეგება რეაქტიული ძრავის ძალას. ეს ბრძოლა ფიზიკის კანონების წინააღმდეგ მოიგოსაბჭოთა მეცნიერები 1957 წ. ისტორიაში პირველად, ადამიანის ხელით შექმნილი აპარატი, რომელმაც მოიპოვა პირველი კოსმოსური სიჩქარე (დაახლოებით 8 კმ/წმ), გახდა პლანეტა დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრი.
დაახლოებით 170 ტონა რკინა, ელექტრონიკა, გაწმენდილი ნავთი და თხევადი ჟანგბადი დასჭირდა დედამიწის დაბალ ორბიტაზე 80 კგ-ზე მეტი წონის მოწყობილობის გასაშვებად.
სამყაროს ყველა კანონსა და პრინციპს შორის, გრავიტაცია, ალბათ, ერთ-ერთი მთავარია. ის მართავს ყველაფერს, დაწყებული ელემენტარული ნაწილაკების, ატომების, მოლეკულების განლაგებით და დამთავრებული გალაქტიკების მოძრაობით. ის ასევე დაბრკოლებაა კოსმოსის გამოკვლევისთვის.
არა მხოლოდ საწვავი
დედამიწის პირველი ხელოვნური თანამგზავრის გაშვებამდეც კი, მეცნიერებმა ნათლად გაიგეს, რომ არა მხოლოდ რაკეტების ზომისა და მათი ძრავების სიმძლავრის გაზრდა შეიძლება იყოს წარმატების გასაღები. ასეთი ხრიკების მოძიება მკვლევარებმა გამოთვლებისა და პრაქტიკული ტესტების შედეგებმა აიძულა, რომლებმაც აჩვენეს, თუ რამდენად საწვავის ხარჯვაა დედამიწის ატმოსფეროს გარეთ. პირველი ასეთი გადაწყვეტილება საბჭოთა დიზაინერებისთვის იყო კოსმოდრომის მშენებლობის ადგილის არჩევა.
მოდით ავხსნათ. დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრი რომ გახდეს, რაკეტას სჭირდება 8 კმ/წმ-მდე აჩქარება. მაგრამ თავად ჩვენი პლანეტა მუდმივ მოძრაობაშია. ეკვატორზე მდებარე ნებისმიერი წერტილი ბრუნავს წამში 460 მეტრზე მეტი სიჩქარით. ამრიგად, უჰაერო სივრცეში გაშვებული რაკეტა ნულოვანი პარალელის მიდამოში თავისთავად იქნებაგაქვთ თავისუფალი თითქმის ნახევარი კილომეტრი წამში.
ამიტომ, სსრკ-ს ფართო სივრცეებში აირჩიეს ადგილი სამხრეთით (ბაიკონურში ყოველდღიური ბრუნვის სიჩქარე დაახლოებით 280 მ/წმ). კიდევ უფრო ამბიციური პროექტი, რომელიც მიზნად ისახავდა სიმძიმის ეფექტის შემცირებას გამშვებ მანქანაზე, გამოჩნდა 1964 წელს. ეს იყო პირველი საზღვაო კოსმოდრომი "სან მარკო", რომელიც იტალიელებმა ააწყვეს ორი საბურღი პლატფორმიდან და მდებარეობდა ეკვატორზე. მოგვიანებით, ეს პრინციპი დაედო საფუძვლად საერთაშორისო Sea Launch პროექტს, რომელიც წარმატებით უშვებს კომერციულ თანამგზავრებს დღემდე.
ვინ იყო პირველი
რაც შეეხება ღრმა კოსმოსურ მისიებს? სსრკ-ს მეცნიერები იყვნენ პიონერები კოსმოსური სხეულების გრავიტაციის გამოყენებით ფრენის ბილიკის შესაცვლელად. ჩვენი ბუნებრივი თანამგზავრის უკანა მხარე, როგორც მოგეხსენებათ, პირველად საბჭოთა Luna-1-ის აპარატმა გადაიღო. მნიშვნელოვანი იყო, რომ მთვარის ირგვლივ ფრენის შემდეგ მოწყობილობას დედამიწაზე დაბრუნების დრო ჰქონდა, რათა მას ჩრდილოეთ ნახევარსფერო მიებრუნებინა. ყოველივე ამის შემდეგ, ინფორმაცია (მიღებული ფოტოსურათები) უნდა გადაეცა ხალხს, ხოლო თვალთვალის სადგურები, რადიო ანტენის კერძები მდებარეობდა ზუსტად ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში.
არანაკლები წარმატებით მოახერხეს ამერიკელმა მეცნიერებმა გრავიტაციული მანევრების გამოყენება კოსმოსური ხომალდის ტრაექტორიის შესაცვლელად. პლანეტათაშორისი ავტომატური კოსმოსური ხომალდი "Mariner 10" ვენერას მახლობლად ფრენის შემდეგ იძულებული გახდა შეემცირებინა სიჩქარე, რათა გაეშვა ქვედა მზის ორბიტაზე დაგამოიკვლიეთ მერკური. ამ მანევრისთვის ძრავების რეაქტიული ბიძგის გამოყენების ნაცვლად, მანქანის სიჩქარე შეანელა ვენერას გრავიტაციულმა ველმა.
როგორ მუშაობს
ისააკ ნიუტონის მიერ ექსპერიმენტულად აღმოჩენილი და დადასტურებული უნივერსალური გრავიტაციის კანონის მიხედვით, მასის მქონე ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს. ამ მიზიდულობის სიძლიერე ადვილად იზომება და გამოითვლება. ეს დამოკიდებულია ორივე სხეულის მასაზე და მათ შორის მანძილზე. რაც უფრო ახლოს, მით უფრო ძლიერია. უფრო მეტიც, როდესაც სხეულები უახლოვდებიან ერთმანეთს, მიზიდულობის ძალა ექსპონენტურად იზრდება.
სურათი გვიჩვენებს, თუ როგორ ცვლის ტრაექტორიას კოსმოსური ხომალდი, რომელიც დაფრინავს დიდ კოსმოსურ სხეულთან (რაღაც პლანეტა). უფრო მეტიც, მოწყობილობის მოძრაობის კურსი ნომრით 1, რომელიც დაფრინავს მასიური ობიექტიდან ყველაზე შორს, ძალიან ოდნავ იცვლება. რისი თქმა არ შეიძლება მოწყობილობის ნომერ 6-ზე. პლანეტოიდი მკვეთრად იცვლის ფრენის მიმართულებას.
რა არის გრავიტაციული სლინგი. როგორ მუშაობს
გრავიტაციის მანევრების გამოყენება საშუალებას იძლევა არა მხოლოდ შეცვალოს კოსმოსური ხომალდის მიმართულება, არამედ შეცვალოს მისი სიჩქარე.
სურათი გვიჩვენებს კოსმოსური ხომალდის ტრაექტორიას, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება მისი აჩქარებისთვის. ასეთი მანევრის მოქმედების პრინციპი მარტივია: წითლად ხაზგასმული ტრაექტორიის განყოფილებაში, როგორც ჩანს, მოწყობილობა ეწევა პლანეტას, რომელიც მისგან გარბის. ბევრად უფრო მასიური სხეული თავისი მიზიდულობის ძალით მიზიდავს პატარა სხეულს და აფანტავს მას.
სხვათა შორის, ამ გზით არა მხოლოდ კოსმოსური ხომალდები აჩქარდებიან. ცნობილია, რომ ციური სხეულები, რომლებიც არ არიან მიბმული ვარსკვლავებთან, გალაქტიკაში ძლევამოსილი და მთავარი დადიან. ეს შეიძლება იყოს როგორც შედარებით პატარა ასტეროიდები (ერთ-ერთი, სხვათა შორის, ახლა მზის სისტემას სტუმრობს), ასევე ღირსეული ზომის პლანეტოიდები. ასტრონომები თვლიან, რომ ეს არის გრავიტაციული სლინგი, ანუ უფრო დიდი კოსმოსური სხეულის ზემოქმედება, რომელიც აგდებს ნაკლებად მასიურ ობიექტებს მათი სისტემებიდან და აწირავს მათ მარადიულ ხეტიალში ცარიელი სივრცის ყინულოვან სიცივეში.
როგორ შეანელოთ
მაგრამ, კოსმოსური ხომალდების გრავიტაციული მანევრების გამოყენებით, თქვენ შეგიძლიათ არა მხოლოდ დააჩქაროთ, არამედ შეანელოთ მათი მოძრაობა. ასეთი დამუხრუჭების სქემა ნაჩვენებია სურათზე.
წითლად ხაზგასმული ტრაექტორიის მონაკვეთზე, პლანეტის მიზიდულობა, გრავიტაციული სლინგის მქონე ვარიანტისგან განსხვავებით, შეანელებს მოწყობილობის მოძრაობას. სიმძიმის ვექტორი და გემის ფრენის მიმართულება ხომ საპირისპიროა.
როდის გამოიყენება? ძირითადად შესწავლილი პლანეტების ორბიტაზე ავტომატური პლანეტათაშორისი სადგურების გასაშვებად, აგრეთვე მზის მახლობლად მდებარე რეგიონების შესასწავლად. ფაქტია, რომ მზისკენ ან, მაგალითად, ვარსკვლავთან ყველაზე ახლოს მყოფი პლანეტა მერკურისკენ მოძრაობისას, ნებისმიერი მოწყობილობა, თუ დამუხრუჭების ზომებს არ მიმართავ, ნებით თუ უნებლიედ აჩქარებს. ჩვენს ვარსკვლავს აქვს წარმოუდგენელი მასა და უზარმაზარი მიზიდულობის ძალა. კოსმოსური ხომალდი, რომელმაც გადაჭარბებული სიჩქარე მოიპოვა, ვერ შეძლებს მზის ოჯახის ყველაზე პატარა პლანეტის, მერკურის ორბიტაზე შეღწევას. გემი უბრალოდ გაივლისპატარა მერკური საკმარისად ვერ იტანს მას. ძრავები შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამუხრუჭებისთვის. მაგრამ გრავიტაციული ტრაექტორია მზეზე, ვთქვათ მთვარეზე და შემდეგ ვენერაზე, მინიმუმამდე შეამცირებს რაკეტების ძრავის გამოყენებას. ეს ნიშნავს, რომ ნაკლები საწვავი იქნება საჭირო და გამოთავისუფლებული წონა შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამატებითი კვლევითი აღჭურვილობის დასაყენებლად.
ნემსის ყელში
მიუხედავად იმისა, რომ ადრეული გრავიტაციული მანევრები ტარდებოდა გაუბედავად და ყოყმანით, უახლესი პლანეტათაშორისი კოსმოსური მისიების მარშრუტები თითქმის ყოველთვის დაგეგმილია გრავიტაციული კორექტირებით. საქმე ის არის, რომ ახლა ასტროფიზიკოსებს, კომპიუტერული ტექნოლოგიების განვითარების წყალობით, ისევე როგორც მზის სისტემის სხეულებზე ყველაზე ზუსტი მონაცემების ხელმისაწვდომობის წყალობით, უპირველეს ყოვლისა მათი მასა და სიმკვრივე, აქვთ უფრო ზუსტი გამოთვლები. და აუცილებელია სიმძიმის მანევრის გამოთვლა უკიდურესად ზუსტად.
ასე რომ, პლანეტიდან საჭიროზე უფრო შორს ტრაექტორიის დაგება სავსეა იმით, რომ ძვირადღირებული აღჭურვილობა საერთოდ არ გაფრინდება იქ, სადაც ეს იყო დაგეგმილი. და მასის გაუფასურებამ შეიძლება საფრთხე შეუქმნას გემის ზედაპირთან შეჯახებას.
ჩემპიონი მანევრებში
ეს, რა თქმა უნდა, შეიძლება ჩაითვალოს ვოიაჯერის მისიის მეორე კოსმოსურ ხომალდად. 1977 წელს გამოშვებული მოწყობილობა ამჟამად ტოვებს მშობლიურ ვარსკვლავურ სისტემას და გადადის უცნობში.
მუშაობის დროს, აპარატმა მოინახულა სატურნი, იუპიტერი, ურანი და ნეპტუნი. მთელი ფრენის განმავლობაში მასზე მოქმედებდა მზის მიზიდულობა, საიდანაც გემი თანდათან შორდებოდა. მაგრამ, კარგად გათვლილი გრავიტაციის წყალობითმანევრები, თითოეული პლანეტისთვის, მისი სიჩქარე არ შემცირდა, არამედ გაიზარდა. თითოეული შესწავლილი პლანეტისთვის მარშრუტი აშენდა გრავიტაციული სლინგის პრინციპით. გრავიტაციული კორექტირების გამოყენების გარეშე, ვოიაჯერი ვერ შეძლებდა მის გაგზავნას აქამდე.
გარდა ვოიაჯერებისა, გრავიტაციული მანევრები გამოიყენეს ისეთი ცნობილი მისიების გასაშვებად, როგორიცაა Rosetta ან New Horizons. ასე რომ, როზეტამ, სანამ ჩურიუმოვ-გერასიმენკოს კომეტას საძიებლად წავა, დედამიწისა და მარსის მახლობლად 4 აჩქარებული გრავიტაციული მანევრი გააკეთა.
