چرا فضانوردان از مدار زمین به زمین نمی افتند؟ چرا ماهواره های زمین ثابت به زمین نمی افتند؟ زمین از فضا.

ما در مورد این واقعیت صحبت می کنیم که هر جسمی که در نزدیکی زمین قرار دارد تحت تأثیر نیروی گرانشی آن قرار می گیرد. و اگر چنین است، پس نمی تواند برای مدت طولانی در مدار خود بماند و اگر قبل از آن در لایه های بالایی جو نسوزد، قطعاً به سطح زمین می افتد. در تئوری، همین سرنوشت باید برای ایستگاه فضایی بین المللی که در 400 کیلومتری سطح سیاره قرار دارد، بیفتد. اما حتی چنین فاصله قابل توجهی نمی تواند ایستگاه فضایی را از نیروی گرانش زمین رها کند. اما پس چگونه برای مدت طولانی در مدار ثابت می ماند؟

بیایید ابتدا بفهمیم ایستگاه فضایی بین المللی چیست. این یک طراحی پیچیده مدولار است که 400 تن وزن دارد. اگر در مورد اندازه آن صحبت کنیم، تقریباً به اندازه یک زمین فوتبال آمریکایی است. مونتاژ چنین ساختاری 13 سال طول کشید. در این مدت، حجم عظیمی از کار انجام شد که شامل: پرتاب های متعدد کشتی های باری فضایی Progress، شاتل های آمریکایی و فضانوردانی که به فضا می روند. هزینه ایستگاه فضایی بین المللی در حال حاضر بیش از 150 میلیارد دلار است. شش فضانورد دائماً در ایستگاه حضور دارند که نمایندگان کشورهای مختلف جهان هستند.

اما بیایید به سوال اصلی خود برگردیم و سعی کنیم بفهمیم که چرا ایستگاه تحت تأثیر گرانش به سطح زمین نمی افتد.

در واقع کم کم در حال سقوط است. در طول سال افت آن به دو کیلومتر می رسد. و اگر تنظیم مدار نبود، مدتها پیش با آن خداحافظی می کردیم. این تنظیمات به موقع است که به ایستگاه فضایی بین المللی اجازه می دهد در یک مدار ثابت باقی بماند. باور نمی کنید، اما چنین طراحی پیچیده و سنگینی بیشترین تحرک را دارد. این می تواند پارامترهای مداری را تغییر دهد، در همه جهات حرکت کند و حتی در صورت لزوم بچرخد، به عنوان مثال، از اجرام فضایی مختلف، که شامل زباله های فضایی می شود، طفره رفت.

تمام حرکات با استفاده از موتورهای خاصی به نام ژیرودین انجام می شود. چهار نفر از آنها در ایستگاه هستند. برای جهت یابی ایستگاه یا تنظیم مدار آن، فرمانی از زمین برای پرتاب آنها دریافت می شود و پس از آن ایستگاه حرکت خود را آغاز می کند. یک اپراتور ویژه مسئول چنین عملیات مسئولیتی است. مسئولیت او نه تنها شامل تنظیم به موقع مدار ایستگاه فضایی بین المللی، بلکه تضمین ایمنی آن به منظور جلوگیری از برخورد با شهاب سنگ ها و زباله های فضایی است. تقویت‌کننده‌ها و موتورهای مشابهی در فضاپیمای باری Progress که به ایستگاه فضایی بین‌المللی متصل می‌شوند موجود است. با کمک آنها می توانید مدار آن را نیز اصلاح کنید.

اپراتور همچنین وزن ایستگاه را کنترل می کند. بدون این، محاسبه دقیق رانش هرودین ها که نباید کمتر از 1 متر در ثانیه باشد، غیرممکن است. جرم ایستگاه دائما در حال تغییر است. به عنوان یک قاعده، این در لحظه پهلوگیری کشتی باری بعدی Progress که محموله را در کشتی تحویل می دهد اتفاق می افتد. فضانوردان هیچ گونه مشارکتی در روند جابجایی ایستگاه برنامه ریزی شده ندارند. همه چیز توسط یک اپراتور از زمین کنترل می شود.

ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) مقیاس بزرگ و شاید پیچیده ترین پروژه فنی در سازمان خود در کل تاریخ بشریت است. هر روز صدها متخصص در سراسر جهان کار می کنند تا اطمینان حاصل کنند که ISS می تواند به طور کامل وظیفه اصلی خود را انجام دهد - یک پلت فرم علمی برای مطالعه فضای بی کران و البته سیاره ما باشد.

وقتی اخبار مربوط به ایستگاه فضایی بین‌المللی را تماشا می‌کنید، سؤالات زیادی در مورد اینکه ایستگاه فضایی چگونه می‌تواند به طور کلی در شرایط شدید فضا کار کند، چگونه در مدار پرواز می‌کند و سقوط نمی‌کند، چگونه مردم می‌توانند در آن بدون رنج بردن از دمای بالا و تشعشعات خورشیدی در آن زندگی کنند، مطرح می‌شود. .

پس از مطالعه این موضوع و جمع آوری تمام اطلاعات با هم، باید اعتراف کنم که به جای پاسخ، سوالات بیشتری دریافت کردم.

ایستگاه فضایی بین المللی در چه ارتفاعی پرواز می کند؟

ISS در ترموسفر در ارتفاع تقریبی 400 کیلومتری از زمین پرواز می کند (برای اطلاعات، فاصله زمین تا ماه تقریباً 370 هزار کیلومتر است). ترموسفر خود یک لایه جوی است که در واقع هنوز فضای کاملی ندارد. این لایه از زمین تا فاصله 80 کیلومتری تا 800 کیلومتری امتداد دارد.

ویژگی ترموسفر این است که دما با ارتفاع افزایش می یابد و می تواند به طور قابل توجهی در نوسان باشد. در بالای 500 کیلومتر، سطح تابش خورشیدی افزایش می یابد که می تواند به راحتی به تجهیزات آسیب برساند و بر سلامت فضانوردان تأثیر منفی بگذارد. بنابراین، ایستگاه فضایی بین المللی از 400 کیلومتر بالاتر نمی رود.

این همان چیزی است که ISS از روی زمین به نظر می رسد

دمای خارج از ISS چقدر است؟

اطلاعات بسیار کمی در مورد این موضوع وجود دارد. منابع مختلف متفاوت می گویند. آنها می گویند که در سطح 150 کیلومتر دما می تواند به 220-240 درجه برسد و در سطح 200 کیلومتر به بیش از 500 درجه برسد. بالاتر از آن، دما همچنان در حال افزایش است و در سطح 500-600 کیلومتر ظاهراً از 1500 درجه فراتر رفته است.

به گفته خود فضانوردان، در ارتفاع 400 کیلومتری که ایستگاه فضایی بین المللی در آن پرواز می کند، بسته به شرایط نور و سایه، دما دائما در حال تغییر است. هنگامی که ISS در سایه است، دمای بیرون به -150 درجه کاهش می یابد و اگر در معرض نور مستقیم خورشید باشد، دما تا +150 درجه افزایش می یابد. و دیگر حتی یک اتاق بخار در حمام نیست! چگونه فضانوردان حتی می توانند در چنین دماهایی در فضا باشند؟ آیا واقعاً یک لباس فوق العاده حرارتی است که آنها را نجات می دهد؟

کار یک فضانورد در فضای بیرونی در دمای +150 درجه

دمای داخل ISS چقدر است؟

برخلاف دمای بیرون، در داخل ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌توان دمای پایدار مناسب برای زندگی انسان را حفظ کرد - تقریباً +23 درجه. علاوه بر این، نحوه انجام این کار کاملاً نامشخص است. اگر مثلاً بیرون 150+ باشد، چگونه می توانید دمای داخل ایستگاه یا بالعکس را خنک کنید و مدام آن را در حالت عادی نگه دارید؟

چگونه تشعشعات بر فضانوردان در ایستگاه فضایی بین المللی تاثیر می گذارد؟

در ارتفاع 400 کیلومتری، تشعشعات پس زمینه صدها برابر بیشتر از زمین است. بنابراین، فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی، هنگامی که خود را در سمت آفتابی می‌بینند، سطوح تشعشعی را چندین برابر بیشتر از دوز دریافتی دریافت می‌کنند، مثلاً از قفسه سینه اشعه ایکس. و در طول لحظه‌های شعله‌های خورشیدی قدرتمند، کارگران ایستگاه می‌توانند دوزی را 50 برابر بیشتر از حد معمول مصرف کنند. اینکه چگونه آنها در چنین شرایطی برای مدت طولانی کار می کنند نیز یک راز باقی مانده است.

گرد و غبار و زباله های فضایی چگونه بر ایستگاه فضایی بین المللی تأثیر می گذارند؟

به گفته ناسا، حدود 500 هزار زباله بزرگ در مدار پایین زمین (بخش هایی از مراحل سپری شده یا سایر بخش های سفینه های فضایی و موشک ها) وجود دارد و هنوز مشخص نیست که چه مقدار زباله های کوچک مشابه دارند. تمام این "خوب" با سرعت 28 هزار کیلومتر در ساعت به دور زمین می چرخد ​​و به دلایلی به زمین جذب نمی شود.

علاوه بر این، گرد و غبار کیهانی وجود دارد - اینها همه انواع قطعات شهاب سنگ یا میکروشهاب سنگ هایی هستند که دائماً توسط سیاره جذب می شوند. علاوه بر این، حتی اگر یک ذره گرد و غبار تنها 1 گرم وزن داشته باشد، به یک پرتابه سوراخ‌دار تبدیل می‌شود که قادر به ایجاد سوراخ در ایستگاه است.

آنها می گویند که اگر چنین اشیایی به ایستگاه فضایی بین المللی نزدیک شوند، فضانوردان مسیر ایستگاه را تغییر می دهند. اما زباله های کوچک یا گرد و غبار قابل ردیابی نیستند، بنابراین معلوم می شود که ایستگاه فضایی بین المللی دائما در معرض خطر بزرگی قرار دارد. نحوه برخورد فضانوردان با این موضوع باز هم مشخص نیست. معلوم می شود که هر روز زندگی خود را به شدت به خطر می اندازند.

سوراخ زباله فضایی در شاتل Endeavor STS-118 شبیه یک سوراخ گلوله است

چرا ایستگاه فضایی بین المللی سقوط نمی کند؟

منابع مختلف نوشته اند که ISS به دلیل گرانش ضعیف زمین و سرعت فرار ایستگاه سقوط نمی کند. یعنی با چرخش به دور زمین با سرعت 7.6 کیلومتر بر ثانیه (برای اطلاعات، دوره چرخش ایستگاه فضایی به دور زمین فقط 92 دقیقه و 37 ثانیه است)، به نظر می رسد ایستگاه فضایی دائماً از دست می دهد و سقوط نمی کند. علاوه بر این، ایستگاه فضایی بین‌المللی دارای موتورهایی است که به آن اجازه می‌دهد به طور مداوم موقعیت غول پیکر 400 تنی را تنظیم کند.

جو سیاره ما از ما در برابر تشعشعات فرابنفش و از نزدیک شدن شهاب سنگ های متعدد به زمین محافظت می کند. بیشتر آنها به طور کامل در لایه های متراکم جو می سوزند، درست مانند زباله های فضایی که از مدار می افتند. اما این شرایط یک مشکل کامل برای صنعت فضایی است، زیرا فضانوردان نه تنها باید به مدار فرستاده شوند، بلکه باید به عقب بازگردند. اما فضانوردان با خیال راحت اقامت خود را در ایستگاه فضایی بین‌المللی به پایان می‌رسانند و در کپسول‌های خاصی که در جو نمی‌سوزند، بازمی‌گردند. امروز خواهیم دید که چرا این اتفاق می افتد.

سفینه های فضایی مانند اجرام فرازمینی از اثرات مخرب جوی رنج می برند. با مقاومت آیرودینامیکی لایه های گازی جو، سطح هر جسمی که با سرعت قابل توجهی حرکت می کند تا مقادیر بحرانی گرم می شود. بنابراین طراحان باید تلاش زیادی برای حل این مشکل می کردند. فناوری محافظت از فناوری فضایی در برابر چنین اثراتی، حفاظت فرسوده نامیده می شود. این شامل یک لایه سطحی مبتنی بر ترکیبات حاوی آزبست است که روی قسمت خارجی هواپیما اعمال می شود و تا حدی تخریب می شود، اما اجازه می دهد تا خود فضاپیما دست نخورده بماند.

بازگشت فضانوردان از ایستگاه فضایی بین‌المللی به زمین در کپسول ویژه‌ای انجام می‌شود که در فضاپیمای سایوز قرار دارد. کشتی پس از باز شدن از ایستگاه فضایی بین‌المللی شروع به حرکت به سمت زمین می‌کند و در ارتفاع حدود 140 کیلومتری به سه قسمت تقسیم می‌شود. محفظه‌های ابزار و تجهیزات فضاپیمای سایوز کاملاً در جو می‌سوزند، اما وسیله نقلیه فرود با فضانوردان دارای یک لایه محافظ است و به حرکت خود ادامه می‌دهد. در ارتفاع تقریبی 8.5 کیلومتری یک چتر ترمز رها می شود که سرعت را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و دستگاه را برای فرود آماده می کند.

اگر به عکس‌های کپسول‌های همراه با فضانوردان پس از فرود نگاه کنید، متوجه می‌شوید که رنگ آن‌ها تقریباً سیاه است و در اثر پرواز در لایه‌های جو آثاری از سوختن دارند.

وقتی از شما می پرسند که چرا اجرام و همچنین خود فضانوردان در مدار بی وزنی هستند، اغلب می توانید پاسخ های نادرستی بشنوید. در حقیقت، نیروی گرانش در فضا وجود دارد، زیرا این چیزی است که سیارات را کنار هم نگه می دارد.

بدون گرانش، کهکشان‌ها می‌توانند به سادگی در همه جهات از هم جدا شوند. در واقع بی وزنی به دلیل وجود سرعت حرکت رخ می دهد.

سقوط "نزدیک زمین"

در حقیقت، فضانوردان و همچنین سایر اجرام که در مدار زمین هستند، سقوط می کنند. با این حال، این سقوط به معنای معمول (به زمین، با سرعت مداری) اتفاق نمی افتد، بلکه انگار در اطراف زمین است.

علاوه بر این، حرکت آنها باید حداقل هفده و نیم مایل در ساعت باشد. هنگامی که گرانش نسبت به زمین شتاب می گیرد، در اینجا مسیر حرکت را منتقل می کند و آن را به سمت پایین هدایت می کند، بنابراین فضانوردان در طول پرواز هرگز نمی توانند بر حداقل نزدیک شدن به زمین غلبه کنند. و با توجه به اینکه شتاب فضانوردان با شتاب ایستگاه فضایی برابری می کند در حالت بی وزنی قرار می گیرند.

یا چرا ماهواره ها سقوط نمی کنند؟ مدار ماهواره تعادل ظریفی بین اینرسی و گرانش است. نیروی گرانش به طور مداوم ماهواره را به سمت زمین می کشد، در حالی که اینرسی ماهواره تمایل دارد که حرکت آن را مستقیم نگه دارد. اگر گرانش وجود نداشت، اینرسی ماهواره آن را مستقیماً از مدار زمین به فضا می فرستاد. با این حال، در هر نقطه از مدار، گرانش ماهواره را متصل نگه می دارد.

برای دستیابی به تعادل بین اینرسی و گرانش، ماهواره باید سرعت کاملاً مشخصی داشته باشد. اگر خیلی سریع پرواز کند، اینرسی بر جاذبه غلبه می کند و ماهواره مدار را ترک می کند. (محاسبه به اصطلاح سرعت فرار دوم که به ماهواره اجازه می دهد مدار زمین را ترک کند، نقش مهمی در پرتاب ایستگاه های فضایی بین سیاره ای ایفا می کند.) اگر ماهواره خیلی کند حرکت کند، گرانش در مبارزه با اینرسی پیروز خواهد شد و ماهواره پیروز خواهد شد. سقوط به زمین این دقیقا همان چیزی است که در سال 1979 اتفاق افتاد، زمانی که ایستگاه مداری آمریکایی Skylab در نتیجه مقاومت رو به رشد لایه های بالایی جو زمین شروع به کاهش کرد. در چنگ آهنین گرانش، ایستگاه به زودی به زمین افتاد.

سرعت و مسافت

از آنجایی که گرانش زمین با فاصله ضعیف می شود، سرعت مورد نیاز برای نگه داشتن یک ماهواره در مدار با ارتفاع متفاوت است. مهندسان می توانند محاسبه کنند که یک ماهواره با چه سرعتی و با چه ارتفاعی باید در مدار باشد. به عنوان مثال، یک ماهواره زمین ثابت که همیشه در بالای یک نقطه از سطح زمین قرار دارد، باید در عرض 24 ساعت (که مطابق با زمان یک دور چرخش زمین به دور محورش است) در ارتفاع 357 کیلومتری یک مدار بچرخد.

جاذبه و اینرسی

تعادل یک ماهواره بین گرانش و اینرسی را می توان با چرخاندن یک وزنه بر روی طناب متصل به آن شبیه سازی کرد. اینرسی بار تمایل دارد که آن را از مرکز چرخش دور کند، در حالی که کشش طناب، که به عنوان جاذبه عمل می کند، بار را در یک مدار دایره ای نگه می دارد. اگر طناب قطع شود، بار در امتداد یک مسیر مستقیم عمود بر شعاع مدار خود پرواز می کند.