Скорости в космосе

Еще сотню лет назад люди восхищались скоростями автомобилей, и с удивлением смотрели на самолеты, пронизывающие облака. Никто тогда и представить не мог, что через несколько десятков лет человечество начнет успешно покорять космос. Но полететь в космос – дело совсем не легкое, и одной из главных причин этому являются нужные для полетов скорости.

Итак, вот вы сидите в космическом корабле и собираетесь отправиться в космос. Делов-то – разогнаться вверх, и вот и космос! Но с таким подходом уже совсем скоро гравитация сделает свое, и вы вернетесь на Землю. Что же тогда делать? Попробуем ускориться еще и вбок. Так наша точка падения будет двигаться дальше и дальше, в сторону ускорения. Но поскольку Земля шарообразная, то эта точка будет еще и опускаться относительно вас. Когда точка падения будет почти с противоположной стороны планеты, вы уже вот-вот выйдете на орбиту. Еще немного ускорения – и вот, теперь самая низкая точка вашей траектории находится не на поверхности Земли, а выше, и вы вместо того, чтоб падать на Землю, вращаетесь вокруг. Теперь ваша траектория называется орбитой, и вы движетесь со скоростью 7,9 км/с относительно Земли. Эта скорость называется первой космической скоростью, и ее надо достигнуть, чтоб выйти на круговую орбиту Земли. Конечно, есть еще трение об воздух, которое не позволит вам остаться на орбите, но его можно значительно уменьшить, если подняться на высоту в несколько сотен километров. С первой космической скоростью на низкой орбите вы сможете облететь всю планету вокруг всего за полтора часа. Но эта скорость отличается для разных тел и для разной высоты над ними. Например, если бы вы стартовали на Земле с башни, высотой в 300 км, то вам нужно было бы разогнаться только до 7,7 км/с. А если бы вы, например, взлетали с Луны, то нужная вам скорость составляла бы всего 1,7 км/с относительно Луны.

Пушка Ньютона. A, B — траектории падения с горизонтальной скоростью. C — круговая орбита тела, двигающегося с первой космической скоростью. D — скорость у тела больше, чем первая космическая, и меньше, чем вторая. E — скорость превышает вторую космическую
Галактика Андромеда

Но просто вращаться вокруг Земли вам скучно, и вы решаете отправиться куда-то подальше, например, к галактике Андромеда. Прекрасная цель, разворачиваем корабль в ее сторону, запускаем двигатели, и погнали! Но нет, так просто это не получится. Для начала вам нужно ускориться в сторону движения (можно и в любую другую, но это будет менее экономно) и остановить ускорение тогда, когда ваша скорость будет равна второй космической скорости, и составлять 11,2 км/с относительно Земли. С такой скоростью в самой высокой точке вашей орбиты вокруг Земли гравитация Солнца будет влиять на вас больше, чем гравитация Земли. То есть, вы больше не будете вращаться вокруг Земли, и улетите с ее орбиты. Достижение такой скорости – обычное дело для межпланетных космических аппаратов. Из людей только астронавты, которые отправлялись на Луну, достигали второй космической скорости.  Вторая космическая скорость, как и первая, зависит от массы космического тела и вашей высоты над ним.

И вот, вы сошли с орбиты Земли, достигнув ее второй космической скорости. Только вот теперь вы вращаетесь вокруг Солнца со скоростью, немного отличающейся от орбитальной скорости Земли, которая составляет 30 км/с. Для того чтоб покинуть Солнечную систему, вам нужно еще немного разогнаться. Нужная вам скорость называется третья космическая скорость, и это, по сути, вторая космическая скорость, только для Солнца. Третья космическая скорость составляет 16 км/с относительно Земли, если вы летите с ее орбиты в сторону ее вращения вокруг Солнца. Только пять космических аппаратов пока достигли этой скорости: Pioneer-10, Pioneer-11, Voyager-1, Voyager-2 и New Horizons. И каждый из них использовал гравитацию планет для того, чтоб разогнаться. Pioneer-10 и New Horizons пролетели вблизи Юпитера, Pioneer-11 и Voyager-1 возле Юпитера и Сатурна, а Voyager-2 использовал гравитацию сразу всех газовых гигантов Солнечной системы. Кроме того, гравитационные маневры совершаются и аппаратами, которые не предназначены для покидания Солнечной системы, а телом для маневра может оказаться Венера, Луна, или даже Земля. Гравитационные маневры позволяют легко изменить свое направление и скорость, тратя намного меньше топлива.

Но хорошо, теперь вы покинули Солнечную систему, что делать дальше? Теперь уже можно направляться в сторону Андромеды? Не совсем. Орбитальная механика работает и в масштабах галактики, и все звезды, туманности, кластеры, черные дыры и прочие тела Млечного Пути вращаются вокруг его центра. И вы на космическом корабле – в том числе. Здесь все почти так же, как и в масштабах Солнечной системы – вам нужно разогнаться до еще большей скорости, и вы сможете покинуть галактику. Эта скорость называется четвертой космической скоростью. Только вот никто точно не знает ее величину, ведь мы пока не можем определить точную массу и распределение массы в нашей галактике. Но что мы знаем наверняка, это то, что эта скорость составляет приблизительно 550 км/с в районе Солнца, и может увеличиваться до скорости света на горизонте событий сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Скорость вращения Солнца вокруг центра галактики составляет 217 км/с, что более чем в два раза меньше, чем четвертая космическая скорость. И теперь, если вы сможете разогнаться до такой невероятной скорости в нужном месте на орбите в нужное время, вы покидаете Млечный Путь и наконец-то направляетесь в сторону галактики Андромеды. Конечно, можно было подождать пока она сама к нам подлетит, но ждать пришлось бы целых 4 миллиарда лет. А так, вы сможете уменьшить время ожидания до всего каких-то 700 миллионов лет. Ну а если вы не любитель очень длинных путешествий, могу предложить вам сломать законы физики и разогнаться до скорости света. Теперь вы движетесь со скоростью не 550 км/с, а целых 300 000 км/с! Другое дело, не правда ли? Ваша остановка будет через приблизительно 2 537 000 лет. Вы же не забыли взять с собой кроссворды?

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *