Высота орбиты мкс. Скорость в космосе
Граница между атмосферой Земли и космосом проходит по линии Кармана, на высоте 100 км над уровнем моря.
Космос совсем рядом, осознаете?
Итак, атмосфера. Воздушный океан, который плещется у нас над головой, а мы живем на самом его дне. Иначе говоря, газовая оболочка, вращающаяся вместе с Землей, наша колыбель и защита от разрушительного ультрафиолетового излучения. Вот как это выглядит схематично:
Схема строения атмосферыТропосфера. Простирается до высоты 6-10 км в полярных широтах, и 16-20 км в тропиках. Зимой граница ниже, чем летом. Температура с высотой падает на 0.65°C каждые 100 метров. В тропосфере находится 80% общей массы атмосферного воздуха. Здесь, на высоте 9-12 км, летают пассажирские самолеты . Тропосфера отделена от стратосферы озоновым слоем, который служит щитом, защищающим Землю от разрушительного ультрафиолетового излучения (поглощает 98% УФ-лучей). За озоновым слоем жизни нет.
Стратосфера. От озонового слоя до высоты 50 км. Температура продолжает падать, и, на высоте 40 км, достигает 0°C. Следующие 15 км температура не меняется (стратопауза). Здесь могут летать метеозонды и *.
Мезосфера. Простирается до высоты 80-90 км. Температура падает до -70°C. В мезосфере сгорают метеоры , на несколько секунд оставляя светящийся след на ночном небе. Мезосфера слишком разрежена для самолетов, но, в то же время, слишком плотна для полетов искусственных спутников. Из всех слоев атмосферы она самая недоступная и малоизученная, поэтому ее называют “мертвой зоной”. На высоте 100 км проходит линия Кармана, за которой начинается открытый космос. На этом официально заканчивается авиация и начинается космонавтика. Кстати, линия Кармана юридически считается верхней границей расположенных внизу стран.
Термосфера. Оставив позади условно проведенную линию Кармана выходим в космос. Воздух становится еще более разреженным, поэтому полеты тут возможны только по баллистическим траекториям. Температура колеблется от -70 до 1500°C, солнечная радиация и космическое излучение ионизируют воздух. На северном и южном полюсах планеты частицы солнечного ветра, попадая в этот слой, вызывают , видимые в низких широтах Земли. Здесь же, на высоте 150-500 км летают наши спутники и космические корабли , а чуть выше (550 км над Землей) – прекрасный и неподражаемый (кстати, люди поднимались к нему пять раз, т.к. телескоп периодически требовал ремонта и технического обслуживания).
Термосфера простирается до высоты 690 км, дальше начинается экзосфера.
Экзосфера. Это внешняя, рассеянная часть термосферы. Состоит из ионов газа, улетающих в космическое пространство, т.к. сила притяжения Земли больше на них не действует. Экзосферу планеты также называют “короной”. “Корона” Земли имеет высоту до 200 000 км, это примерно половина расстояния от Земли до Луны. В экзосфере могут летать только беспилотные спутники .
*Стратостат – аэростат для полетов в стратосферу. Рекордная высота подъема стратостата с экипажем на борту на сегодня составляет 19 км. Полет стратостата “СССР” с экипажем из 3-х человек состоялся 30 сентября 1933 года.
Стратостат
**Перигей – ближайшая к Земле точка орбиты небесного тела (естественного или искусственного спутника)
***Апогей – наиболее отдаленная от Земли точка орбиты небесного тела
Выбор некоторых параметров орбиты Международной космической станции не всегда очевиден . К примеру, станция может находиться на высоте от 280 до 460 километров, и из-за этого она постоянно испытывает затормаживающее воздействие верхних слоёв атмосферы нашей планеты. Каждые сутки МКС теряет примерно по 5 см/с скорости и 100 метров высоты. Поэтому периодически приходится поднимать станцию, сжигая топливо грузовиков ATV и «Прогресс». Почему же нельзя поднять станцию выше, чтобы избежать этих затрат?
Заложенный при проектировании диапазон и текущее реальное положение диктуются сразу несколькими причинами. Каждый день астронавты и космонавты получают высокие дозы радиации , и за отметкой 500 км её уровень резко повышается . А предел за полугодовое пребывание установлен всего на ползиверта, на всю карьеру отведён всего лишь зиверт. Каждый зиверт увеличивает риск онкологических заболеваний на 5,5 процента.
На Земле от космических лучей мы защищены радиационным поясом магнитосферы нашей планеты и атмосферой, но они работают слабее в ближнем космосе. В некоторых частях орбиты (Южно-атлантическая аномалия является таким пятном повышенной радиации) и за её пределами иногда могут проявляться странные эффекты : в закрытых глазах появляются вспышки. Это космические частицы проходят через глазные яблоки, другие толкования утверждают, что частицы возбуждают ответственные за зрение части мозга. Подобное может не только мешать спать, но и в лишний раз неприятно напоминает о высоком уровне радиации на МКС.
Кроме того, «Союзы» и «Прогрессы», которые сейчас являются основными кораблями смены экипажа и снабжения, сертифицированы на работу на высоте до 460 км. Чем выше находится МКС, тем меньше груза можно будет доставить. Меньше смогут принести и ракеты, которые отправляют новые модули для станции. С другой стороны, чем ниже МКС, тем сильнее она тормозится, то есть больше доставляемого груза должно быть топливом для последующей коррекции орбиты.
Научные задачи могут быть выполнены на высоте в 400-460 километров. Наконец, на положение станции влияет космический мусор - вышедшие из строя спутники и их обломки, которые имеют огромную скорость относительно МКС, что делает столкновение с ними фатальным.
В Сети есть ресурсы, позволяющие следить за параметрами орбиты Международной космической станции. Можно получить относительно точные текущие данные , либо отследить их динамику . На момент написания этого текста МКС находилась на высоте примерно в 400 километров.
Разгонять МКС могут элементы, расположенные в задней части станции: это грузовики «Прогресс» (чаще всего) и ATV, при необходимости - служебный модуль «Звезда » (крайне редко). На иллюстрации до ката работает европейский ATV. Станцию поднимают часто и понемногу: коррекция происходит примерно раз в месяц маленькими порциями порядка 900 секунд работы двигателя, у «Прогрессов» используют двигатели поменьше, чтобы не сильно влиять на ход экспериментов.
Двигатели могут включить единожды, таким образом увеличится высота полёта на другой стороне планеты. Такие операции используют для маленьких подъёмов, поскольку меняется эксцентриситет орбиты.
Также возможна коррекция с двумя включениями, при которой второе включение сглаживает орбиту станции до окружности.
Некоторые параметры диктуются не только научными данными, но и политикой. Космическому аппарату возможно придать любую ориентацию, но при запуске более экономичным будет использовать скорость, которую даёт вращение Земли. Таким образом, дешевле запускать аппарат на орбиту с наклоном, равным широте, а манёвры потребуют дополнительного расхода топлива: больше для движения к экватору, меньше при движении к полюсам. Наклон орбиты МКС в 51,6 градуса может показаться странным: аппараты НАСА, запускаемые с мыса Канаверал, традиционно имеют наклонение примерно в 28 градусов.
Когда обсуждалось местоположение будущей станции МКС, то решили, что будет более экономичным отдать предпочтение российской стороне. Также такие параметры орбиты позволяют видеть больше поверхности Земли.
Но Байконур находится на широте в приблизительно 46 градусов, почему же тогда обычным для российских запусков является наклонение в 51,6 °? Дело в том, что к востоку есть сосед, который не слишком обрадуется, если на него что-то будет падать. Поэтому орбиту наклоняют к 51,6 °, чтобы при запуске никакие части космического аппарата ни при каких обстоятельствах не могли упасть на Китай и Монголию.
Наблюдение с веб-камер МКС за поверхностью Земли и самой Станцией онлайн. Атмосферные явления, стыковки кораблей, выходы в открытый космос, работа внутри американского сегмента - все в режиме реального времени. Параметры МКС, траектория полета и местоположение на карте мира.
На видеоплеере Роскосмоса сейчас:
Выравнивание давления, открытие люков, встреча экипажей после стыковки корабля «Союз МС-12» с МКС 15.03.2019.
Трансляция с веб-камер МКС
Видеоплееры NASA №1 и №2 ведут трансляцию изображений с веб-камер МКС онлайн с непродолжительными перерывами.
Видеоплеер NASA №1
Видеоплеер NASA №2
Карта с орбитой МКС
Видеоплеер NASA ТВ
Важные события на МКС онлайн: стыковки и расстыковки, смены экипажей, выходы в открытый космос, видеоконференции с Землей. Научные программы на английском языке. Трансляция записей с камер МКС.
Видеоплеер Роскосмоса
Выравнивание давления, открытие люков, встреча экипажей после стыковки корабля «Союз МС-12» с МКС 15.03.2019.
Описание видеоплееров
Видеоплеер NASA №1
Трансляция онлайн без звука с кратковременными перерывами. Очень редко наблюдалась трансляция записи.
Видеоплеер NASA №2
Трансляция онлайн, иногда со звуком, с кратковременными перерывами. Трансляция записи не наблюдалась.
Видеоплеер NASA ТВ
Трансляция записей научных программ на английском языке и видео с камер МКС, а также некоторых важных событий на МКС онлайн: выходов в открытый космос, видеоконференций с Землей на языке участников.
Видеоплеер Роскосмоса
Интересные видеоролики оффлайн, а также значимые события, связанные с МКС, иногда транслируемые Роскосмосом онлайн: старты космических кораблей, стыковки и расстыковки, выходы в открытый космос, возвращение экипажей на Землю.
Особенности трансляции с веб-камер МКС
Трансляция с Международной Космической Станции онлайн ведется с нескольких веб-камер, установленных внутри американского сегмента и снаружи Станции. Звуковой канал в обычные дни подключается редко, но всегда сопровождает такие важные события, как стыковки с транспортными кораблями и кораблями со сменным экипажем, выходы в открытый космос, проведение научных экспериментов.
Периодически направление веб-камер на МКС меняется, как и качество передаваемого изображения, которое может меняться в течение времени даже при трансляции с одной и той же веб-камеры. Во время работ в открытом космосе изображение чаще передается с камер, установленных на скафандрах астронавтов.
Стандартная или серая заставка на экране Видеоплеера NASA №1 и стандартная или синяя заставка на экране Видеоплеера NASA №2 говорят о временном прекращении видеосвязи Станции c Землей, аудиосвязь может продолжаться. Черный экран - пролет МКС над ночной зоной.
Звуковое сопровождение подключается редко, обычно, на Видеоплеере NASA №2. Иногда включают запись - это видно по несоответствию передаваемой картинки с положением Станции на карте и отображению текущего и полного времени транслируемого видеоролика на полосе прогресса. Полоса прогресса появляется справа от значка динамика при наведении курсора на экран видеоплеера.
Нет полосы прогресса - значит видео с текущей веб-камеры МКС транслируется онлайн . Видите Черный экран ? - сверьтесь с !
При зависании видеоплееров NASA обычно помогает простое обновление страницы .
Местоположение, траектория и параметры МКС
Текущее положение Международной Космической Станции (International Space Station) на карте обозначает условный значок МКС.
В левом верхнем углу карты отображаются текущие параметры Станции - координаты, высота орбиты, скорость движения, время до восхода или заката.
Условные обозначения параметров МКС (единицы измерения по умолчанию):
- Lat: широта в градусах;
- Lng: долгота в градусах;
- Alt: высота в километрах;
- V: скорость в км/час;
- Время до восхода или заката солнца на Станции (на Земле смотрите границу светотени по карте).
Скорость в км/ч, конечно, впечатляет, но более наглядна ее величина в км/с. Чтобы изменить единицу измерения скорости МКС, нажмите на шестеренки в левом верхнем углу карты. В открывшемся окне на панели сверху нажмите на значок с одной шестеренкой и в списке параметров вместо km/h выберите km/s . Здесь же можно изменить и другие параметры карты.
Всего на карте мы видим три условных линии, на одной из которых расположен значок текущего положения МКС - это текущая траектория перемещения Станции. Две другие линии обозначают две следующие орбиты МКС, над точками которых, расположенных на одной долготе с текущем положением Станции, МКС пролетит, соответственно, через 90 и 180 минут.
Масштаб карты изменяется кнопками «+» и «-» в левом верхнем углу или обычной прокруткой, когда курсор расположен на поверхности карты.
Что можно увидеть через веб-камеры МКС
Американское космическое агентство NASA ведет трансляцию с веб-камер МКС онлайн. Часто изображение передается с камер, направленных на Землю, и во время пролета МКС над дневной зоной можно наблюдать облака, циклоны, антициклоны, в ясную погоду земную поверхность, поверхность морей и океанов. Подробности ландшафта можно хорошо рассмотреть, когда транслирующая веб-камера направлена вертикально на Землю, но иногда бывает хорошо видно и когда она направлена на горизонт.
При пролете МКС над материками в ясную погоду хорошо видны русла рек, озера, снежные шапки на горных хребтах, песчаная поверхность пустынь. Острова в морях и океанах проще наблюдать только в самую безоблачную погоду, так как с высоты МКС они внешне мало отличаются от облаков. Гораздо проще на поверхности мирового океана обнаружить и наблюдать кольца атоллов , которые при небольшой облачности видны хорошо.
Когда один из видеоплееров транслирует изображение с веб-камеры NASA, направленной вертикально на Землю, обратите внимание, как по отношению к спутнику по карте перемещается транслируемая картинка. Так будет проще поймать отдельные объекты для наблюдения: острова, озера, русла рек, горные массивы, проливы.
Иногда изображение онлайн передается с веб-камер, направленных внутрь Станции, тогда мы можем наблюдать за американским сегментом МКС и действиями астронавтов в режиме реального времени.
Когда на Станции происходят какие-то события, например, стыковки с транспортными кораблями или кораблями со сменным экипажем, выход в открытый космос, трансляция с МКС ведется с подключением звука. В это время мы можем слышать переговоры членов экипажа Станции между собой, с Центром Управления Полетом или со сменным экипажем на приближающемся для стыковки корабле.
О приближающихся событиях на МКС можно узнать из сообщений средств массовой информации. Кроме того, с помощью веб-камер могут транслироваться онлайн некоторые научные эксперименты, проводимые на МКС.
К сожалению, веб-камеры установлены только в американском сегменте МКС, и мы можем наблюдать только за американскими астронавтами и проводимыми ими экспериментами. Но при включении звука, часто бывает слышна и русская речь.
Чтобы включить воспроизведение звука, наведите курсор на окно плеера и кликните левой кнопкой мыши по появившемуся изображению динамика с крестиком. Звуковое сопровождение будет подключено с уровнем громкости по умолчанию. Для увеличения или уменьшения силы звука, поднимите или опустите планку громкости до желаемого уровня.
Иногда, звуковое сопровождение кратковременно подключают и без повода. Передача звука может быть включена и при синем экране , во время отключения видеосвязи с Землей.
Если вы много времени проводите за компьютером, оставьте вкладку открытой с включенным звуковым сопровождением на видеоплеерах NASA, иногда заглядывайте на нее, чтобы увидеть восход и закат, когда на земле темно, а части МКС, если они есть в кадре, освещены восходящим или закатывающимся солнцем. Звук же даст о себе знать сам. При подвисании видеотрансляции обновите страницу.
Полный оборот вокруг Земли МКС совершает за 90 минут, однократно пересекая ночную и дневную зоны планеты. Где Станция находится в данный момент, смотрите на карте с орбитой выше.
Что можно увидеть над ночной зоной Земли? Иногда вспышки молний во время грозы. Если веб-камера направлена на горизонт, бывают видны самые яркие звезды и Луна.
Через веб-камеру с МКС невозможно увидеть огни ночных городов, ведь расстояние от Станции до Земли более 400 километров, и без специальной оптики никаких огоньков не видно, кроме самых ярких звезд, но это уже не на Земле.
Наблюдайте за Международной Космической Станции с Земли. Смотрите интересные , сделанные с представленных здесь видеоплееров NASA.
В перерывах между наблюдениями за поверхностью Земли из космоса попробуйте поймать или разложить (достаточно сложный).
Орбита это, прежде всего, трасса полета МКС вокруг Земли. Чтобы МКС могла летать по строго заданной орбите, а не улетела в далекий космос или упала обратно на Землю пришлось учитывать ряд таких факторов как ее скорость, массу станции, возможности ракет носителей, кораблей доставки, возможности космодромов и конечно же экономические факторы.
Орбита МКС - это низкая околоземная орбита, которая находится в космическом пространстве над Землей, где атмосфера присутствует в крайне разряженном состоянии и плотность частиц мала до такой степени, чтобы не оказывать существенное сопротивление полету. Высота орбиты МКС это основное требование полета для станции, чтобы избавиться от воздействия влияния атмосферы Земли, особенно ее плотных слоев. Это район термосферы на высоте примерно 330-430 км
При расчете орбиты для МКС учитывали ряд факторов.
Первым и основным фактором является воздействие радиации на человека, которая выше 500 км значительно повышена и это может сказаться на здоровье космонавтов, так как их установленная допустимая доза на полгода составляет 0,5 зиверта и не должна превышать один зиверт в сумме за все полеты.
Вторым весомым аргументом при расчете орбиты являются корабли доставки экипажей и грузов для МКС. Например «Союзы» и «Прогрессы» были сертифицированы для полетов на высоту 460 км. Американские космические корабли доставки «Шатлы» не могли летать даже до 390 км. и поэтому раньше при их использовании орбита МКС тоже не выходила за эти пределы 330-350 км. После прекращения полетов Шатлов высоту орбиты стали поднимать, чтобы свести до минимума атмосферное влияние.
Учтены также и экономические параметры. Чем выше орбита, тем дальше лететь, тем больше топлива и значит меньше необходимого груза смогут доставить корабли на станцию, значит и летать придется чаще.
Рассматривают также необходимую высоту с точки зрения поставленных научных задач и экспериментов. Для решения заданных научных задач и проводимых исследований на сегодняшний день высоты до 420 км пока достаточно.
Немаловажное место занимает и проблема космического мусора, который попадая на орбиту МКС, несет самую серьезную опасность.
Как уже говорилось, космическая станция должна летать так чтобы и не упасть и не вылететь со своей орбиты, то есть двигаться с первой космической скоростью, тщательно рассчитанной.
Немаловажным фактором является и расчет наклона орбиты и точка запуска. Идеальным экономическим фактором является запуск с экватора по часовой стрелке, так как здесь дополнительным показателем скорости присутствует скорость вращения Земли. Следующим сравнительно экономически дешевым показателем является запуск с наклоном равным широте, так как потребуется меньше топлива для маневров при запуске, учитывается и политический вопрос. Например, несмотря на то, что космодром Байконур расположен на широте 46 градусов, орбита МКС находится под углом 51,66. Ступени ракет при запуске на орбиту в 46 градусов могли бы упасть на территорию Китая или Монголии что обычно приводит к затратным конфликтам. При выборе космодрома для запуска МКС на орбиту международное сообщество решило использовать космодром Байконур, по причине наиболее подходящей стартовой площадки и траектория полета при таком запуске охватывает большую часть континентов.
Важным параметром космической орбиты является и масса летящего по ней объекта. Но масса МКС часто меняется из-за обновления ее новыми модулями и посещения ее кораблями доставки и поэтому ее спроектировали очень мобильной и с возможностью варьирования как по высоте, так и по направлениям с вариантами поворотов и маневрирования.
Высоту станции меняют по несколько раз в год, в основном для создания баллистических условий для стыковки посещаемых ее кораблей. Кроме изменения массы станции, происходит изменение скорости станции из-за трения с остатками атмосферы. Вследствие этого центрам управления полетом приходится корректировать орбиту МКС до необходимой скорости и высоты. Корректировка происходит при помощи включения двигателе кораблей доставки и реже включением двигателей основного базового служебного модуля «Звезда», на которых имеются ускорители. В нужный момент, при дополнительном включении двигателей скорость полета станции наращивается до расчетной. Изменение высоты орбиты рассчитывается в Центрах управления полетом и проводится в автоматическом режиме без участия космонавтов.
Но особенно необходима маневренность МКС при возможной встрече космическим мусором. На космических скоростях даже маленький его кусочек может оказаться смертельно опасным как для самой станции, так и для ее экипажа. Опуская данные о щитах защиты от мелкого мусора на станции, коротко расскажем о проведении маневров МКС для уклонения от столкновения с мусором и изменению орбиты. Для этого вдоль трассы полета МКС создана зона-коридор с размерами на 2 км выше и плюс 2км ниже нее, а также на 25 км в длину и25 км в ширину и ведется постоянное наблюдение, чтобы в эту зону не попадал космический мусор. Это так называемая защитная зона для МКС. Чистота этой зоны рассчитывается заранее. У Стратегического командования вооруженных сил США USSTRATCOM на авиабазе Ванденберг имеется каталог космического мусора. Специалисты постоянно сравнивают перемещение движения мусора с движение по орбите МКС и следят, чтобы их пути не дай бог не пересеклись. Точнее они рассчитывают вероятность столкновения какого-то куска мусора в зоне полета МКС. Если столкновение возможно хотя бы с вероятностью 1/100000 или 1/10 000, то заранее за 28,5 часов об этом сообщается НАСА (Хьюстон Космический Центр имени Линдона Джонсона) в управление полетом МКС руководству по операциям с траекторией МКС Trajectory Operation Officer (сокращено ТОРО). Здесь в TORO за мониторами следят за месторасположением станции во времени, за космическими кораблями, идущими к ней на стыковку и за то, чтобы станция находилась в безопасности. Получив сообщение о возможном столкновении и координаты, ТОРО передает его Российскому центру управления полетами имени Королева, где баллистики готовят план возможного варианта маневров по исключению столкновения. Это план с новой трассой полета с координатами и точными последовательными действиями маневра по уклоненью от возможного столкновения с космическим мусором. Составленная новая орбита повторно проверяется на предмет не возникнут ли на новом пути опять какие то столкновения и при положительном ответе запускается в работу. Перевод на новую орбиту проводится с Центров управления полетами с Земли в компьютерном режиме автоматически без участия космонавтов и астронавтов.
Для этого у станции в центре масс модуля «Звезда» установлено 4 американских гиродина (СМG) Control Moment Gyroscope, размерами около метра и весом около300кг каждый. Это вращающиеся инерционные устройства, позволяющие станции правильно ориентироваться с высокой точностью. Работают они согласованно с российскими двигателями ориентации. В дополнение к этому российские и американские корабли доставки укомплектованы ускорителями которые при необходимости можно также использовать для перемещения и поворотов станции.
На случай если космический обломок будет обнаружен меньше чем за 28,5 часов и времени для расчетов и согласования новой орбиты на остается, то МКС дается возможность ухода от столкновения по заранее составленному стандартному автоматическому маневру выхода на новую орбиту называемого PDAM (Predetermined Debris Avoidance Maneuver). Если даже этот маневр будет опасен, то есть может вывести на новую опасную орбиту, то экипаж садится в заранее, всегда готовый и пристыкованный к станции космический корабль «Союз» и в полнейшей готовности к эвакуации ждет столкновения. В случае необходимости экипаж мгновенно эвакуируется. За всю историю полетов МКС было 3 таких случая, но они все слава богу закончились хорошо, без необходимости космонавтам эвакуироваться или как говорится не попали в один случай из 10000. От принципа «береженого бог бережет», здесь как никогда отступать нельзя.
Как мы уже знаем МКС представляет собой самый дорогостоящий (более 150 млрдов долларов) космический проект нашей цивилизации и является научным стартом к дальним космическим полетам, на МКС постоянно живут и работаю люди. Безопасность станции и находящиеся на ней люди стоят гораздо выше затраченных денег. В этом плане на первом месте стоит правильно рассчитанная орбита МКС, постоянное наблюдение за ее чистотой и умение МКС быстро и точно уклоняться и маневрировать в случаях необходимости.
