لماذا لا تسقط الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض؟ الفيزياء الأولية: لماذا لا تسقط الأقمار الصناعية على الأرض؟ لماذا لا تسقط محطة الفضاء الدولية من المدار.

تعد محطة الفضاء الدولية (ISS) مشروعًا تقنيًا واسع النطاق ، وربما الأكثر تعقيدًا من حيث تنظيمه ، تم تنفيذه في تاريخ البشرية. كل يوم ، يعمل مئات المتخصصين في جميع أنحاء العالم لضمان أن تتمكن محطة الفضاء الدولية من أداء وظيفتها الرئيسية بالكامل - لتكون منصة علمية لدراسة الفضاء الخارجي اللامحدود ، وبالطبع كوكبنا.

عندما تشاهد الأخبار حول محطة الفضاء الدولية ، تثار العديد من الأسئلة حول كيف يمكن لمحطة فضائية أن تعمل بشكل عام في ظروف الفضاء القاسية ، وكيف تطير في المدار ولا تسقط ، وكيف يمكن للناس العيش فيها دون المعاناة من درجات الحرارة العالية والإشعاع الشمسي.

بعد دراسة هذا الموضوع وجمع كل المعلومات في كومة ، يجب أن أعترف ، بدلاً من الإجابات ، تلقيت المزيد من الأسئلة.

في أي ارتفاع تطير محطة الفضاء الدولية؟

تطير محطة الفضاء الدولية في الغلاف الحراري على ارتفاع حوالي 400 كيلومتر من الأرض (للعلم ، تبلغ المسافة من الأرض إلى القمر حوالي 370 ألف كيلومتر). الغلاف الحراري نفسه عبارة عن طبقة من الغلاف الجوي ، والتي ، في الواقع ، ليست مكانًا تمامًا بعد. تمتد هذه الطبقة من الأرض على مسافة 80 كم إلى 800 كم.

خصوصية الغلاف الحراري هي أن درجة الحرارة ترتفع مع الارتفاع وفي نفس الوقت يمكن أن تتقلب بشكل كبير. فوق 500 كم ، يرتفع مستوى الإشعاع الشمسي ، مما قد يؤدي بسهولة إلى تعطيل المعدات والتأثير سلبًا على صحة رواد الفضاء. لذلك ، لا ترتفع محطة الفضاء الدولية فوق 400 كيلومتر.

هذا ما تبدو عليه محطة الفضاء الدولية من الأرض

ما هي درجة الحرارة خارج محطة الفضاء الدولية؟

هناك القليل من المعلومات حول هذا الموضوع. تقول المصادر المختلفة أشياء مختلفة. يقال أنه عند مستوى 150 كم يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 220-240 درجة ، وعند مستوى 200 كم أكثر من 500 درجة. أعلاه ، تستمر درجة الحرارة في الارتفاع ، وعند مستوى 500-600 كم ، يُزعم أنها تتجاوز بالفعل 1500 درجة.

وفقًا لرواد الفضاء أنفسهم ، على ارتفاع 400 كم ، حيث تطير محطة الفضاء الدولية ، تتغير درجة الحرارة باستمرار اعتمادًا على ظروف الضوء والظل. عندما تكون محطة الفضاء الدولية في الظل ، تنخفض درجة الحرارة الخارجية إلى -150 درجة ، وإذا كانت في ضوء الشمس المباشر ، ترتفع درجة الحرارة إلى + 150 درجة. وهي ليست حتى غرفة بخار في الحمام! كيف يمكن أن يكون رواد الفضاء في الفضاء الخارجي في مثل هذه الحرارة؟ هل من الممكن أن تنقذهم البدلة الحرارية الفائقة؟

رائد فضاء يعمل في مكان مفتوح بدرجة + 150 درجة

ما هي درجة الحرارة داخل محطة الفضاء الدولية؟

على عكس درجة الحرارة الخارجية ، داخل محطة الفضاء الدولية ، من الممكن الحفاظ على درجة حرارة ثابتة مناسبة لحياة الإنسان - تقريبًا + 23 درجة. وكيف يتم ذلك أمر غير مفهوم تمامًا. إذا كانت درجة الحرارة + 150 درجة بالخارج ، على سبيل المثال ، كيف يمكنك تبريد درجة الحرارة داخل المحطة ، أو العكس ، والحفاظ على وضعها الطبيعي باستمرار؟

كيف يؤثر الإشعاع على رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية؟

على ارتفاع 400 كم ، تكون الخلفية الإشعاعية أعلى بمئات المرات من خلفية الأرض. لذلك ، فإن رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية ، عندما يجدون أنفسهم في الجانب المشمس ، يتلقون مستويات إشعاع أعلى بعدة مرات من الجرعة التي يتم الحصول عليها ، على سبيل المثال ، من الأشعة السينية للصدر. وفي لحظات التوهجات القوية على الشمس ، يمكن لعمال المحطة تناول جرعة تزيد 50 مرة عن المعتاد. كيف تمكنوا من العمل في مثل هذه الظروف لفترة طويلة لا يزال لغزا.

كيف يؤثر الغبار والحطام الفضائي على محطة الفضاء الدولية؟

وفقًا لوكالة ناسا ، يوجد حوالي 500000 حطام كبير في مدار قريب من الأرض (أجزاء من المراحل المستهلكة أو أجزاء أخرى من المركبات الفضائية والصواريخ) ولا يزال من غير المعروف مقدار هذا الحطام الصغير. كل هذا "الخير" يدور حول الأرض بسرعة 28 ألف كم / ساعة ولسبب ما لا ينجذب إلى الأرض.

بالإضافة إلى ذلك ، يوجد أيضًا غبار كوني - فهذه جميع أنواع شظايا النيزك أو النيازك الدقيقة ، التي يجذبها الكوكب باستمرار. علاوة على ذلك ، حتى لو كانت ذرة من الغبار تزن جرامًا واحدًا فقط ، فإنها تتحول إلى قذيفة خارقة للدروع قادرة على إحداث ثقوب في المحطة.

يقولون أنه إذا اقتربت هذه الأجسام من محطة الفضاء الدولية ، فإن رواد الفضاء يغيرون مسار المحطة. لكن لا يمكن تتبع الحطام الصغير أو الغبار ، لذلك اتضح أن محطة الفضاء الدولية في خطر كبير باستمرار. كيف تعامل رواد الفضاء مع هذا مرة أخرى غير واضح. اتضح أنهم يخاطرون بحياتهم كثيرًا كل يوم.

يبدو أن الثقب الموجود في مكوك إنديفور STS-118 الناجم عن سقوط حطام فضائي يشبه ثقب الرصاصة

لماذا لا تتحطم محطة الفضاء الدولية؟

تكتب مصادر مختلفة أن محطة الفضاء الدولية لا تسقط بسبب ضعف جاذبية الأرض والسرعة الفضائية للمحطة. أي أنه يدور حول الأرض بسرعة 7.6 كم / ثانية (للعلم - مدة ثورة محطة الفضاء الدولية حول الأرض 92 دقيقة و 37 ثانية فقط) ، محطة الفضاء الدولية ، كما كانت ، تفوتها باستمرار ولا تسقط . بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي محطة الفضاء الدولية على محركات تتيح لك ضبط موضع السيارة العملاقة التي يبلغ وزنها 400 طن باستمرار.

تعتبر محطة الفضاء الدولية ، أو ISS ، من أعظم أصول البشرية. اتحدت عدة دول من أجل إنشائها وتشغيلها في المدار: روسيا وبعض الدول الأوروبية وكندا واليابان والولايات المتحدة الأمريكية. يشهد هذا الجهاز على أنه يمكن تحقيق الكثير إذا تعاونت البلدان باستمرار. يعرف جميع سكان الكوكب عن هذه المحطة ، ويتساءل الكثيرون عن الارتفاع الذي تحلقه محطة الفضاء الدولية وفي أي مدار. كم عدد رواد الفضاء هناك؟ هل صحيح أنه يُسمح بالسياح هناك؟ وهذا ليس كل ما يهم البشرية.

هيكل المحطة

يتكون ISS من أربعة عشر وحدة نمطية ، والتي تحتوي على مختبرات ومستودعات وغرف استراحة وغرف نوم وغرف مرافق. تحتوي المحطة أيضًا على صالة ألعاب رياضية مع معدات التمرين. المجمع بأكمله يعمل بالطاقة الشمسية. إنها ضخمة بحجم ملعب.

حقائق حول محطة الفضاء الدولية

أثارت المحطة خلال عملها الكثير من الإعجاب. هذا الجهاز هو أعظم إنجاز للعقول البشرية. من خلال التصميم والغرض والميزات ، يمكن أن يطلق عليه الكمال. بالطبع ، ربما في غضون 100 عام على الأرض سيبدأون في بناء سفن فضائية بخطة مختلفة ، لكن حتى الآن ، هذا الجهاز هو ملك للبشرية. يتضح هذا من خلال الحقائق التالية حول محطة الفضاء الدولية:

1. خلال وجودها ، زار حوالي مائتي رائد فضاء محطة الفضاء الدولية. كان هناك أيضًا سائحون طاروا ببساطة للنظر إلى الكون من ارتفاع مداري.
2. المحطة مرئية من الأرض بالعين المجردة. هذا الهيكل هو الأكبر بين الأقمار الصناعية ، ويمكن رؤيته بسهولة من سطح الكوكب دون أي جهاز مكبرة. هناك خرائط يمكنك رؤيتها في أي وقت ومتى يطير الجهاز فوق المدن. باستخدامهم ، من السهل العثور على معلومات حول منطقتك: انظر جدول الرحلات فوق المنطقة.
3. لتجميع المحطة والحفاظ عليها في حالة صالحة للعمل ، خرج رواد الفضاء إلى الفضاء الخارجي أكثر من 150 مرة ، وقضوا هناك حوالي ألف ساعة.
4. يتم تشغيل الجهاز بواسطة ستة رواد فضاء. يضمن نظام دعم الحياة التواجد المستمر للأشخاص في المحطة منذ لحظة إطلاقها لأول مرة.
5. تعد محطة الفضاء الدولية مكانًا فريدًا حيث يتم إجراء مجموعة متنوعة من التجارب المعملية. يقوم العلماء باكتشافات فريدة في مجال الطب وعلم الأحياء والكيمياء والفيزياء وعلم وظائف الأعضاء والأرصاد الجوية ، وكذلك في مجالات أخرى من العلوم.
6. الجهاز يستخدم ألواح شمسية عملاقة يصل حجمها إلى مساحة ملعب كرة القدم بنهاياتها. يبلغ وزنهم ما يقرب من ثلاثمائة ألف كيلوغرام.
7. البطاريات قادرة على ضمان تشغيل المحطة بشكل كامل. يتم مراقبة عملهم عن كثب.
8. تحتوي المحطة على منزل صغير مجهز بحمامين وصالة ألعاب رياضية.
9. تتم مراقبة الرحلة من الأرض. تم تطوير برامج تتكون من ملايين أسطر التعليمات البرمجية للتحكم.

رواد فضاء

منذ ديسمبر 2017 ، يتكون طاقم محطة الفضاء الدولية من علماء الفلك ورواد الفضاء التالية أسماؤهم:

• أنطون شكابلروف - قائد ISS-55. وزار المحطة مرتين - 2011-2012 و2014-2015. لرحلتين ، عاش في المحطة لمدة 364 يومًا.
• سكيت تينغل - مهندس طيران ، رائد فضاء ناسا. رائد الفضاء هذا ليس لديه خبرة في رحلة الفضاء.
• نوريشيج كاناي رائد فضاء ياباني ومهندس طيران.
• الكسندر ميسوركين. تم إجراء أول رحلة لها في عام 2013 لمدة 166 يومًا.
• ماكر فاندي هاي ليس لديه خبرة في الطيران.
• جوزيف عقابا. تم إجراء الرحلة الأولى في عام 2009 كجزء من Discovery ، وتم تنفيذ الرحلة الثانية في عام 2012.

الأرض من الفضاء

من الفضاء الخارجي ، تنفتح مناظر فريدة على الأرض. يتضح هذا من خلال الصور ومقاطع الفيديو لرواد الفضاء ورواد الفضاء. يمكنك مشاهدة عمل المحطة ، والمناظر الطبيعية الفضائية إذا كنت تشاهد البث عبر الإنترنت من محطة ISS. ومع ذلك ، يتم إيقاف تشغيل بعض الكاميرات بسبب العمل الفني.

يحمينا الغلاف الجوي لكوكبنا من الأشعة فوق البنفسجية ومن العديد من النيازك التي تقترب من الأرض. يحترق معظمهم تمامًا في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي ، تمامًا مثل الحطام الفضائي المتساقط من المدار. لكن هذا الظرف يمثل مشكلة كاملة لصناعة الفضاء ، لأنه لا يجب إرسال رواد الفضاء إلى المدار فحسب ، بل يجب أيضًا إعادتهم مرة أخرى. لكن رواد الفضاء يكملون إقامتهم بأمان في محطة الفضاء الدولية ، ويعودون في كبسولات خاصة لا تحترق في الغلاف الجوي. اليوم سوف نرى لماذا يحدث هذا.

تعاني السفن الفضائية ، مثل الأجسام خارج كوكب الأرض ، من التأثيرات الضارة للغلاف الجوي. مع المقاومة الديناميكية الهوائية لطبقات الغاز في الغلاف الجوي ، فإن سطح أي جسم يتحرك بسرعة كبيرة يسخن إلى القيم الحرجة. لذلك ، كان على المصممين بذل الكثير من الجهود لحل هذه المشكلة. تسمى تقنية حماية تكنولوجيا الفضاء من مثل هذا التأثير بالحماية الجرّية. وهي تشتمل على طبقة سطحية تعتمد على المركبات المحتوية على الأسبستوس ، والتي يتم تطبيقها على الجزء الخارجي من الطائرة ويتم تدميرها جزئيًا ، ولكنها تسمح لك بالحفاظ على المركبة الفضائية نفسها سليمة.

تتم عودة رواد الفضاء من محطة الفضاء الدولية إلى الأرض في كبسولة خاصة موجودة على مركبة الفضاء سويوز. بعد فكها من محطة الفضاء الدولية ، تبدأ السفينة في التحرك نحو الأرض ، وعلى ارتفاع حوالي 140 كيلومترًا ، تنقسم إلى ثلاثة أجزاء. تحترق المقصورات المجمعة والمنزلية للمركبة الفضائية سويوز تمامًا في الغلاف الجوي ، لكن مركبة الهبوط مع رواد الفضاء لديها طبقة واقية وتستمر في المضي قدمًا. على ارتفاع حوالي 8.5 كيلومترًا ، يتم إطلاق مظلة مكابح ، مما يؤدي إلى إبطاء السرعة بشكل كبير وإعداد الجهاز للهبوط.

إذا نظرت إلى صور الكبسولات مع رواد الفضاء بعد هبوطها ، يمكنك أن ترى أنها شبه سوداء وبها علامات حروق نتيجة تحليقها عبر طبقات الغلاف الجوي.

أو لماذا لا تسقط الأقمار الصناعية؟ مدار القمر الصناعي هو توازن دقيق بين القصور الذاتي والجاذبية. تسحب قوة الجاذبية القمر الصناعي باستمرار نحو الأرض ، بينما يميل القصور الذاتي للقمر الصناعي إلى الحفاظ على حركته في خط مستقيم. إذا لم يكن هناك جاذبية ، فإن قصور القمر الصناعي سيرسله مباشرة من مدار الأرض إلى الفضاء الخارجي. ومع ذلك ، في كل نقطة في المدار ، تحافظ الجاذبية على القمر الصناعي مرتبطًا.

لتحقيق التوازن بين القصور الذاتي والجاذبية ، يجب أن يكون للقمر الصناعي سرعة محددة بدقة. إذا طار بسرعة كبيرة ، فإن القصور الذاتي يتغلب على الجاذبية ويغادر القمر الصناعي المدار. (يلعب حساب ما يسمى بالسرعة الفضائية الثانية ، والذي يسمح للقمر الصناعي بمغادرة مدار الأرض ، دورًا مهمًا في إطلاق محطات الفضاء بين الكواكب.) إذا كان القمر الصناعي يتحرك ببطء شديد ، فستفوز الجاذبية في المعركة ضد القصور الذاتي والقمر الصناعي سوف يسقط على الأرض. هذا بالضبط ما حدث في عام 1979 ، عندما بدأت محطة الفضاء الأمريكية سكايلاب في الهبوط نتيجة المقاومة المتزايدة للطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض. بعد أن سقطت في ملقط الجاذبية الحديدية ، سرعان ما سقطت المحطة على الأرض.

السرعة والمسافة

نظرًا لأن جاذبية الأرض تضعف مع المسافة ، فإن السرعة المطلوبة لإبقاء القمر الصناعي في مداره تتغير مع الارتفاع. يمكن للمهندسين حساب مدى السرعة والارتفاع الذي يحتاجه القمر الصناعي للدوران. على سبيل المثال ، يجب أن يقوم القمر الصناعي الثابت بالنسبة للأرض ، والموجود دائمًا فوق نفس النقطة على سطح الأرض ، بعمل ثورة واحدة في غضون 24 ساعة (وهو ما يتوافق مع وقت دورة واحدة للأرض حول محوره) على ارتفاع 357 كيلومترًا.

الجاذبية والقصور الذاتي

يمكن محاكاة موازنة قمر صناعي بين الجاذبية والقصور الذاتي عن طريق تدوير حمل على حبل مربوط به. يميل القصور الذاتي للحمل إلى إبعاده عن مركز الدوران ، بينما يبقي شد الحبل ، الذي يعمل كجاذبية ، الحمل في مدار دائري. إذا تم قطع الحبل ، فإن الحمل سوف يطير بعيدًا على طول مسار مستقيم متعامد مع نصف قطر مداره.