Hovoríme o tom, že na akýkoľvek objekt nachádzajúci sa v tesnej blízkosti Zeme pôsobí jej gravitačná sila. A ak áno, potom nemôže zostať na svojej obežnej dráhe dlho a určite spadne na povrch, ak predtým nezhorí vo vyšších vrstvách atmosféry. Rovnaký osud by teoreticky mal postihnúť aj ISS, ktorá sa nachádza 400 kilometrov od povrchu planéty. Ale ani taká značná vzdialenosť nemôže odbremeniť vesmírnu stanicu od sily zemskej gravitácie. Ale ako sa potom udrží na nehybnej obežnej dráhe tak dlho?
Poďme najprv zistiť, čo je medzinárodná vesmírna stanica. Ide o komplexný modulárny dizajn s hmotnosťou 400 ton. Ak hovoríme o jeho veľkosti, je približne rovnaké ako ihrisko amerického futbalu. Zostavenie takejto konštrukcie trvalo 13 rokov. Počas tejto doby sa vykonalo obrovské množstvo práce, ktorá zahŕňa: početné štarty vesmírnych nákladných lodí Progress, amerických raketoplánov a astronautov idúcich do vesmíru. Medzinárodná vesmírna stanica v súčasnosti stojí viac ako 150 miliárd dolárov. Na stanici je neustále šesť kozmonautov, ktorí sú zástupcami rôznych krajín sveta.
Vráťme sa však k našej pôvodnej otázke a skúsme prísť na to, prečo stanica pod vplyvom gravitácie nespadne na povrch Zeme.
V skutočnosti pomaly klesá. V priebehu roka jej pokles dosahuje dva kilometre. A keby nebolo úpravy obežnej dráhy, už by sme sa s ňou dávno rozlúčili. Práve včasné úpravy umožňujú ISS zostať na stacionárnej obežnej dráhe. Neuveríte, ale taký zložitý a ťažký dizajn má najvyššiu mobilitu. Dokáže meniť orbitálne parametre, pohybovať sa všetkými smermi a v prípade potreby sa aj prevrátiť, aby sa napríklad vyhýbal rôznym vesmírnym objektom, medzi ktoré patrí aj vesmírny odpad.
Všetky pohyby sa vykonávajú pomocou špeciálnych motorov nazývaných gyrodíny. Na stanici sú štyria. Na orientáciu stanice alebo úpravu jej obežnej dráhy je zo Zeme prijatý príkaz na ich vypustenie, po ktorom stanica začne svoj pohyb. Za takúto zodpovednú operáciu je zodpovedný špeciálny prevádzkovateľ. Do jeho zodpovednosti patrí nielen včasné prispôsobenie obežnej dráhy ISS, ale aj zaistenie jej bezpečnosti, aby sa predišlo zrážkam s meteoritmi a vesmírnym odpadom. Podobné zosilňovače a motory sú dostupné na nákladnej kozmickej lodi Progress, ktorá sa pripája k ISS. S ich pomocou môžete korigovať aj jeho obežnú dráhu.
Operátor sleduje aj hmotnosť stanice. Bez toho nie je možné presne vypočítať ťah herodínov, ktorý by nemal byť menší ako 1 m/s. Hmota stanice sa neustále mení. Spravidla sa to stane v momente pristátia ďalšej nákladnej lode Progress, ktorá dodáva užitočné zaťaženie na palubu. Kozmonauti sa nezúčastňujú na procese plánovaného presunu stanice. Všetko riadi operátor zo Zeme.
Medzinárodná vesmírna stanica (ISS) je rozsiahly a možno najzložitejší technický projekt v jej organizácii v celej histórii ľudstva. Každý deň stovky špecialistov po celom svete pracujú na tom, aby ISS mohla plne plniť svoju hlavnú funkciu – byť vedeckou platformou na štúdium bezhraničného vesmíru a samozrejme aj našej planéty.
Keď sledujete správy o ISS, vyvstáva veľa otázok o tom, ako môže vesmírna stanica vo všeobecnosti fungovať v extrémnych podmienkach vesmíru, ako lieta na obežnej dráhe a nepadá, ako v nej môžu ľudia žiť bez toho, aby trpeli vysokými teplotami a slnečným žiarením. .
Po preštudovaní tejto témy a zhromaždení všetkých informácií musím priznať, že namiesto odpovedí som dostal ešte viac otázok.
V akej výške lieta ISS?
ISS lieta v termosfére vo výške približne 400 km od Zeme (pre informáciu vzdialenosť Zeme od Mesiaca je približne 370 tis. km). Samotná termosféra je atmosférická vrstva, ktorá v skutočnosti ešte nie je celkom priestorom. Táto vrstva siaha od Zeme do vzdialenosti 80 km až 800 km.
Zvláštnosťou termosféry je, že teplota stúpa s výškou a môže výrazne kolísať. Nad 500 km sa zvyšuje úroveň slnečného žiarenia, ktoré môže ľahko poškodiť vybavenie a negatívne ovplyvniť zdravie astronautov. Preto ISS nestúpa nad 400 km.
Takto vyzerá ISS zo Zeme
Aká je teplota mimo ISS?
Na túto tému je veľmi málo informácií. Rôzne zdroje hovoria rôzne. Hovorí sa, že vo výške 150 km môže teplota dosiahnuť 220-240 ° a vo výške 200 km viac ako 500 °. Nad tým teplota stále stúpa a na úrovni 500-600 km už vraj presahuje 1500°.
Podľa samotných kozmonautov sa vo výške 400 km, v ktorej ISS lieta, neustále mení teplota v závislosti od svetelných a tieňových podmienok. Keď je ISS v tieni, teplota vonku klesne na -150° a ak je na priamom slnku, teplota vystúpi na +150°. A už to nie je ani parný kúpeľ v kúpeľnom dome! Ako vôbec môžu byť astronauti vo vesmíre pri takých teplotách? Je to naozaj super termo oblek, ktorý ich zachraňuje?
Práca astronauta vo vesmíre pri +150°
Aká je teplota vo vnútri ISS?
Na rozdiel od teploty vonku, vo vnútri ISS je možné udržiavať stabilnú teplotu vhodnú pre ľudský život – približne +23°. Navyše, ako sa to robí, je úplne nejasné. Ak je vonku napríklad +150°, ako môžete ochladiť teplotu vo vnútri stanice alebo naopak a neustále ju udržiavať v normále?
Ako žiarenie ovplyvňuje astronautov na ISS?
Vo výške 400 km je radiácia pozadia stokrát vyššia ako na Zemi. Preto astronauti na ISS, keď sa ocitnú na slnečnej strane, dostávajú úrovne žiarenia, ktoré sú niekoľkonásobne vyššie ako dávka získaná napríklad z röntgenu hrudníka. A vo chvíľach silných slnečných erupcií môžu pracovníci stanice užiť dávku 50-krát vyššiu, ako je norma. Záhadou zostáva aj to, ako sa im darí v takýchto podmienkach dlhodobo fungovať.
Ako vesmírny prach a úlomky ovplyvňujú ISS?
Podľa NASA sa na nízkej obežnej dráhe Zeme nachádza asi 500 tisíc veľkých úlomkov (časti opotrebovaných stupňov alebo iných častí vesmírnych lodí a rakiet) a zatiaľ nie je známe, koľko podobných malých úlomkov. Všetko toto „dobré“ sa točí okolo Zeme rýchlosťou 28 000 km/h a z nejakého dôvodu nie je k Zemi priťahované.
Okrem toho existuje kozmický prach - to sú všetky druhy úlomkov meteoritov alebo mikrometeoritov, ktoré planéta neustále priťahuje. Navyše, aj keď zrnko prachu váži len 1 gram, zmení sa na pancierový projektil schopný urobiť dieru v stanici.
Hovorí sa, že ak sa takéto objekty priblížia k ISS, astronauti zmenia kurz stanice. Malé úlomky či prach sa ale sledovať nedajú, a tak sa ukazuje, že ISS je neustále vystavená veľkému nebezpečenstvu. Ako sa s tým astronauti vyrovnajú, je opäť nejasné. Ukazuje sa, že každý deň veľmi riskujú svoje životy.
Diera v raketopláne Endeavour STS-118 z vesmírneho odpadu vyzerá ako diera po guľke
Prečo ISS nespadne?
Rôzne zdroje píšu, že ISS nepadá kvôli slabej gravitácii Zeme a únikovej rýchlosti stanice. To znamená, že pri rotácii okolo Zeme rýchlosťou 7,6 km/s (pre informáciu perióda obehu ISS okolo Zeme je len 92 minút 37 sekúnd), ISS akoby neustále míňa a nepadá. ISS má navyše motory, ktoré jej umožňujú neustále upravovať polohu 400-tonového kolosu.
Atmosféra našej planéty nás chráni pred ultrafialovým žiarením a pred mnohými meteoritmi približujúcimi sa k Zemi. Väčšina z nich úplne zhorí v hustých vrstvách atmosféry, rovnako ako vesmírny odpad padajúci z obežnej dráhy. Táto okolnosť je však veľkým problémom pre vesmírny priemysel, pretože astronautov je potrebné nielen poslať na obežnú dráhu, ale aj vrátiť sa späť. Ale astronauti bezpečne dokončia svoj pobyt na Medzinárodnej vesmírnej stanici a vrátia sa v špeciálnych kapsulách, ktoré nezhoria v atmosfére. Dnes sa pozrieme na to, prečo sa to deje.
Kozmické lode, podobne ako mimozemské objekty, trpia ničivými účinkami atmosféry. S aerodynamickým odporom plynných vrstiev atmosféry sa povrch akéhokoľvek telesa pohybujúceho sa značnou rýchlosťou zahreje na kritické hodnoty. Preto museli dizajnéri vynaložiť veľké úsilie na vyriešenie tohto problému. Technológia na ochranu kozmickej techniky pred takýmito účinkami sa nazýva ablatívna ochrana. Zahŕňa povrchovú vrstvu na báze zlúčenín obsahujúcich azbest, ktorá je nanesená na vonkajšiu časť lietadla a je čiastočne zničená, ale umožňuje zachovať neporušenú samotnú kozmickú loď.
Návrat astronautov z ISS na Zem prebieha v špeciálnej kapsule, ktorá sa nachádza na kozmickej lodi Sojuz. Po odpojení od ISS sa loď začne pohybovať smerom k Zemi a vo výške asi 140 kilometrov sa rozpadne na tri časti. Prístrojové a úžitkové priestory kozmickej lode Sojuz úplne zhoria v atmosfére, ale zostupové vozidlo s astronautmi má ochrannú vrstvu a pokračuje ďalej. Približne vo výške 8,5 kilometra sa uvoľní brzdiaci padák, ktorý výrazne spomalí rýchlosť a pripraví zariadenie na pristátie.
Ak sa pozriete na fotografie kapsúl s astronautmi po ich pristátí, môžete vidieť, že majú takmer čiernu farbu a majú stopy horenia v dôsledku preletu cez vrstvy atmosféry.
Na otázku, prečo sú objekty, ako aj samotní astronauti na obežnej dráhe v beztiažovom stave, môžete často počuť nesprávne odpovede. V skutočnosti je vo vesmíre sila gravitácie, pretože to je to, čo drží planéty pohromade.
Bez pôsobenia gravitácie by sa galaxie mohli jednoducho rozletieť vo všetkých smeroch. V skutočnosti sa stav beztiaže vyskytuje v dôsledku prítomnosti rýchlosti.
Padá „blízko Zeme“
V skutočnosti astronauti, ako aj iné objekty, ktoré sa nachádzajú na obežnej dráhe Zeme, padajú. K tomuto pádu však nedochádza v obvyklom zmysle (k Zemi, s obežnou rýchlosťou), ale akoby okolo Zeme.
Navyše, ich pohyb musí byť aspoň sedemnásť a pol míle za hodinu. Pri zrýchlení voči Zemi tu gravitácia prenáša trajektóriu pohybu a smeruje ju nadol, takže astronauti počas letu nikdy nebudú schopní prekonať minimálne priblíženie k Zemi. A vďaka tomu, že zrýchlenie astronautov sa rovná zrýchleniu vesmírnej stanice, sú v stave beztiaže.
Alebo prečo nepadajú satelity? Dráha satelitu je krehkou rovnováhou medzi zotrvačnosťou a gravitáciou. Gravitačná sila nepretržite ťahá satelit smerom k Zemi, zatiaľ čo zotrvačnosť satelitu má tendenciu udržiavať jeho pohyb rovno. Ak by neexistovala gravitácia, zotrvačnosť satelitu by ho poslala priamo z obežnej dráhy Zeme do vesmíru. V každom bode obežnej dráhy však gravitácia udržuje satelit pripútaný.
Na dosiahnutie rovnováhy medzi zotrvačnosťou a gravitáciou musí mať satelit presne definovanú rýchlosť. Ak letí príliš rýchlo, zotrvačnosť prekoná gravitáciu a satelit opustí obežnú dráhu. (Výpočet tzv. druhej únikovej rýchlosti, ktorá umožňuje družici opustiť obežnú dráhu Zeme, zohráva dôležitú úlohu pri štarte medziplanetárnych vesmírnych staníc.) Ak sa družica pohybuje príliš pomaly, gravitácia vyhrá boj so zotrvačnosťou a družica bude spadnúť na Zem. Presne to sa stalo v roku 1979, keď americká orbitálna stanica Skylab začala upadať v dôsledku rastúceho odporu vrchných vrstiev zemskej atmosféry. Stanica chytená v železných pazúroch gravitácie čoskoro spadla na Zem.
Rýchlosť a vzdialenosť
Pretože zemská príťažlivosť so vzdialenosťou slabne, rýchlosť potrebná na udržanie satelitu na obežnej dráhe sa mení s nadmorskou výškou. Inžinieri vedia vypočítať, ako rýchlo a ako vysoko by mal satelit obiehať. Napríklad geostacionárna družica, umiestnená vždy nad tým istým bodom na zemskom povrchu, musí vykonať jeden obeh za 24 hodín (čo zodpovedá dobe jednej otáčky Zeme okolo svojej osi) vo výške 357 kilometrov.
Gravitácia a zotrvačnosť
Vyváženie satelitu medzi gravitáciou a zotrvačnosťou sa dá simulovať otáčaním závažia na lane, ktoré je k nemu pripojené. Zotrvačnosť bremena má tendenciu ho posúvať preč od stredu otáčania, zatiaľ čo napätie lana pôsobiace ako gravitácia udržuje bremeno na kruhovej dráhe. Ak sa lano prereže, náklad odletí po priamej dráhe kolmej na polomer jeho obežnej dráhy.
