Prečo geostacionárne satelity nepadajú na zem? Elementárna fyzika: prečo satelity nepadajú na Zem? Prečo ISS nespadne z obežnej dráhy?

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 takýchto 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 je možné ochladiť teplotu vo vnútri stanice alebo naopak a neustále ju udržiavať v norme?

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 je na nízkej obežnej dráhe Zeme 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 do stanice.

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 vesmírneho odpadu v raketopláne Endeavour STS-118 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.

Jedným z najväčších aktív ľudstva je Medzinárodná vesmírna stanica alebo ISS. Na jeho vytvorenie a prevádzkovanie na obežnej dráhe sa spojilo niekoľko štátov: Rusko, niektoré európske krajiny, Kanada, Japonsko a USA. Tento aparát ukazuje, že veľa sa dá dosiahnuť, ak budú krajiny neustále spolupracovať. Každý na planéte vie o tejto stanici a veľa ľudí sa pýta, v akej výške ISS letí a na akej obežnej dráhe. Koľko astronautov tam bolo? Je pravda, že tam turisti smú? A to nie je všetko, čo je pre ľudstvo zaujímavé.

Štruktúra stanice

ISS pozostáva zo štrnástich modulov, v ktorých sa nachádzajú laboratóriá, sklady, oddychové miestnosti, spálne a technické miestnosti. Stanica má dokonca aj telocvičňu s cvičebnými zariadeniami. Celý tento komplex beží na solárnych paneloch. Sú obrovské, majú veľkosť štadióna.

Fakty o ISS

Stanica počas svojej prevádzky vzbudzovala veľký obdiv. Tento prístroj je najväčším úspechom ľudskej mysle. Vo svojom dizajne, účele a vlastnostiach ho možno nazvať dokonalosťou. Samozrejme, možno o 100 rokov začnú na Zemi stavať vesmírne lode iného typu, no zatiaľ je toto zariadenie majetkom ľudstva. Dôkazom toho sú nasledujúce fakty o ISS:

  1. Počas jej existencie navštívilo ISS asi dvesto astronautov. Boli tu aj turisti, ktorí sa jednoducho prišli pozrieť na Vesmír z orbitálnych výšok.
  2. Stanica je viditeľná zo Zeme voľným okom. Táto štruktúra je najväčšia medzi umelými satelitmi a možno ju ľahko vidieť z povrchu planéty bez akéhokoľvek zväčšovacieho zariadenia. Existujú mapy, na ktorých vidíte, kedy a kedy zariadenie letí nad mestami. Pomocou nich môžete ľahko nájsť informácie o vašej lokalite: pozrite si letový poriadok v regióne.
  3. Aby astronauti zostavili stanicu a udržali ju v prevádzkyschopnom stave, vydali sa do vesmíru viac ako 150-krát, pričom tam strávili asi tisíc hodín.
  4. Zariadenie ovláda šesť astronautov. Systém podpory života zabezpečuje nepretržitú prítomnosť ľudí na stanici od jej prvého spustenia.
  5. Medzinárodná vesmírna stanica je jedinečným miestom, kde sa vykonáva široká škála laboratórnych experimentov. Vedci robia unikátne objavy v oblasti medicíny, biológie, chémie a fyziky, fyziológie a meteorologických pozorovaní, ako aj v iných oblastiach vedy.
  6. Zariadenie využíva obrovské solárne panely o veľkosti futbalového ihriska s koncovými zónami. Ich hmotnosť je takmer tristotisíc kilogramov.
  7. Batérie sú schopné plne zabezpečiť prevádzku stanice. Ich práca je starostlivo monitorovaná.
  8. Stanica má minidomček vybavený dvoma kúpeľňami a telocvičňou.
  9. Let je monitorovaný zo Zeme. Na ovládanie boli vyvinuté programy pozostávajúce z miliónov riadkov kódu.

Astronauti

Od decembra 2017 posádku ISS tvoria títo astronómovia a kozmonauti:

  • Anton Shkaplerov - veliteľ ISS-55. Stanicu navštívil dvakrát - v rokoch 2011-2012 a v rokoch 2014-2015. Počas 2 letov prežil na stanici 364 dní.
  • Skeet Tingle - letový inžinier, astronaut NASA. Tento astronaut nemá žiadne skúsenosti s vesmírnym letom.
  • Norishige Kanai - palubný inžinier, japonský astronaut.
  • Alexander Misurkin. Prvý let sa uskutočnil v roku 2013 a trval 166 dní.
  • Macr Vande Hai nemá žiadne skúsenosti s lietaním.
  • Jozef Akaba. Prvý let sa uskutočnil v roku 2009 v rámci Discovery a druhý let sa uskutočnil v roku 2012.

Zem z vesmíru

Z vesmíru sú jedinečné pohľady na Zem. Svedčia o tom fotografie a videá astronautov a kozmonautov. Prácu stanice a vesmírne krajiny si môžete pozrieť, ak budete sledovať online prenosy zo stanice ISS. Niektoré kamery sú však z dôvodu údržby vypnuté.

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 ochrany vesmírnej technológie 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 zachovanie neporušenosti samotnej kozmickej lode.


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 asi 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, uvidíte, že majú takmer čiernu farbu a majú stopy horenia v dôsledku preletu vrstvami atmosféry.

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 zachytená v železnom zovretí 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 zemského 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 možno 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.