La mystérieuse Mars a toujours été entourée du mystère d'événements imprévisibles. Le chemin qui y mène n'est pas facile et peut présenter des surprises. Un long vol de millions de kilomètres de vide se termine parfois par des pertes de véhicules pas toujours compréhensibles. Mais des phénomènes étranges se produisent parfois au tout début du chemin vers la planète rouge. Asseyez-vous plus près et écoutez: nous allons vous raconter une histoire curieuse qui s'est produite assez récemment.
Le mystère de l'apogée souterraine
Le lancement du rover Perseverance le 30 juillet 2020 depuis l'US Air Force Base de Cap Canaveral en Floride s'est déroulé comme à son habitude, sans rien présager d'inattendu. Après la première étape, qui offrait habituellement une trajectoire suborbitale élevée, un vétéran de l'espace, le grand-père de Centaur, qui travaillait à haute altitude depuis 60 ans, s'est joint aux travaux. Cette locomotive spatiale a commencé à tirer le périgée souterrain, hérité du premier étage, des entrailles profondes, du manteau inférieur de la Terre. Son périgée à vapeur a été soulevé des profondeurs de la terre, au même rythme qu'il a été retiré de l'atmosphère et laissé à une altitude de 166 kilomètres, fermant la trajectoire de lancement sur une orbite de référence basse.
Peu de temps après, Centaur s'est allumé une deuxième fois pour accélérer Persévérance pour un vol interplanétaire vers Mars. En raison de l'augmentation de la vitesse, l'ellipse de l'orbite actuelle a commencé à s'étirer, laissant sa partie la plus éloignée de la Terre. Maintenant, la hauteur de l'apogée augmentait: d'abord lentement, puis de plus en plus rapidement, s'accélérant constamment et rapprochant le moment chéri de l'ouverture de l'orbite terrestre de la trajectoire interplanétaire. Les données sur l'augmentation rapide de la hauteur de l'apogée étaient affichées dans le coin de tous les moniteurs montrant le mouvement de la fusée. Ils ont montré comment l'apogée calculée elle-même - juste un point calculé, non contraint par la masse et l'inertie - s'éloignait rapidement sur des millions de kilomètres.
Et soudain, sous les yeux de tout le monde, une chose incroyable s'est produite. Soudain, les données de télémétrie ont montré que la hauteur de l'apogée est devenue négative et s'élevait à moins 6378 kilomètres - l'apogée de l'espace lointain, à une distance de 45 millions de kilomètres, a soudainement plongé dans le noyau de fer solide interne de la Terre et y est resté.
Qu'est-ce que c'est que ça, digne de la plume de Nikolai Vasilyevich Gogol ? Peut-être même ici « le diable rusé n'a pas laissé ses méfaits » ? Ou s'agit-il d'un dysfonctionnement du programme, d'une panne du système de mesure et de calcul de trajectoire ? Peut-être des secrets purement martiens ?
Regardez le lancement de Perseverance Rover de la NASA vers Mars !
Le précédent lancement sur Mars aux États-Unis a eu lieu quelques années plus tôt, le 5 mai 2018, et était à bien des égards inhabituel. Tous les lancements vers la planète rouge dans toute l'histoire de l'astronautique américaine ont été effectués depuis la Floride. Le lancement du vaisseau spatial InSight était le premier lancement interplanétaire depuis la base aérienne de Vandenberg en Californie, le deuxième plus grand port spatial des États-Unis, et généralement depuis la côte Pacifique des États-Unis. Dans le même temps, il s'agissait du premier lancement vers Mars à partir d'une orbite de référence polaire. Un départ aussi inhabituel n'a pas été choisi du tout en raison des gains balistiques. Au contraire, il y a une certaine perte d'énergie de lancement, car dans de tels cas, la rotation de la Terre n'est pas utilisée.
Juste en raison de la charge de travail des équipes de départ de Floride avec le calendrier de lancement serré existant, le lancement a été reporté à Vandenberg (bien qu'il soit toujours supervisé par des spécialistes du lancement de Floride, le Kennedy Space Center). Depuis ce cosmodrome du Pacifique, ils se lancent toujours en direction des pôles Nord et Sud de la Terre, sur des orbites polaires et circumpolaires, se spécialisant justement dans de tels lancements. Presque toutes les reconnaissances optiques volent sur des orbites héliosynchrones quasi polaires, et Vandenberg n'est pas seulement un cosmodrome, mais aussi la Western Rocket Range. Vous ne pouvez rien lancer dans la direction orientale habituelle, car un continent densément peuplé s'étend à l'est, le long duquel vous ne pouvez pas lancer les marches élaborées.
La puissance de la fusée Atlas V 401 avec une marge importante était suffisante pour compenser l'énergie négative d'un tel lancement. Après le lancement et une section strictement verticale, la fusée s'est dirigée vers le sud, au-dessus de l'océan le long de la côte californienne, en direction de l'Antarctique, la prenant légèrement à l'est du méridien de départ. Après avoir survolé les îles anglo-normandes situées non loin de la côte à une altitude de soixante-dix kilomètres et sans déranger les célèbres mammouths nains Mammuthus exilis, enfouis dans les dépôts du Pléistocène supérieur de ces îles, la fusée s'est rapidement élevée hors de l'atmosphère. Une fois en orbite polaire basse, la même locomotive spatiale Centaur, avec le deuxième démarrage standard du moteur au-dessus de l'Antarctique, a mis InSight sur une trajectoire de vol vers Mars. Et au moment de la transition vers la trajectoire interplanétaire, la même image étonnante s'est présentée. Les données de télémétrie, maintenant dans le coin supérieur gauche de l'écran, ont montré une altitude d'apogée négative de moins 3443,92 miles:
Alors, ce n'est pas un accident, et un phénomène paradoxal se produit lors des lancements vers Mars ? Mais comment est-ce: hauteur d'apogée négative ? Qu'est-ce que cela signifie et comment ces données sont-elles obtenues ? Pour le comprendre, commençons par les bases et promenons-nous rapidement dans le jardin balistique orbital sans plonger profondément dans ses fourrés.
Clash de combattants dissemblables
Imaginons que sur le ring, dans un certain espace, deux combattants s'affrontent en duel. Un petit, rapide et agile, son atout est la vitesse. L'autre est lourd et lourd, comme un combattant de sumo; son astuce est la masse. La prise en main du « sumoist » est instantanée, fiable et implacable. Seulement au lieu de jeter l'adversaire hors du cercle, comme dans le vrai sumo, il cherche au contraire à rester dans le cercle. Peut-être pas exactement un cercle, mais dans les limites de son pouvoir. Le combattant rapide entre dans une autre catégorie - la vitesse qu'il a développée, qu'il a saisie, qu'il a saisie. Il gagnera ou perdra face au sumo au détriment de sa rapidité, suffisante ou insuffisante. Comment les comparez-vous ? Pouvez-vous prédire qui va gagner?
En d'autres termes, il y a un corps gravitant massif - et un objet en mouvement, un vaisseau spatial. Quelle sera leur interaction ? Le combattant de sumo saisira ce coureur et le tiendra dans sa prise. Ou le coureur évitera le poids lourd et continuera à courir. Comment évaluez-vous leurs capacités ? Vous pouvez les comparer en termes d'énergie, de valeur facilement transformable (en termes de formes, de potentiel et de cinétique) - et donc un paramètre très universel.
L'énergie de mouvement d'un chasseur rapide - l'énergie cinétique - est un produit familier: ek= mV2/ 2. L'énergie de l'emprise du massif, ou énergie gravitationnelle - Egr = GMm/r, le produit des masses des combattants par la constante gravitationnelle gdivisé par la distance qui les sépare r … Plus il est proche, plus le lutteur de sumo lourd capturera le combattant rapide. Et il le maintiendra en orbite autour de lui, les pliant avec la force de sa prise jusqu'à ce qu'il se ferme, ne le lâchant ainsi pas. Et si le rapide l'emporte, il ne restera pas à la merci du massif et le laissera à l'infini.
Qu'est-ce qui vient en premier - le mouvement ou la gravité ? La question n'a pas de sens, mais la gravitation peut exister pendant un temps infiniment long sans rien changer à l'image. Le mouvement entraîne une lutte entre les combattants; sans mouvement, leur rencontre est en principe impossible. En comparant les combattants, le premier est l'énergie du mouvement rapide et l'énergie de la prise massive en est soustraite. Ces deux énergies ont une masse corporelle rapide m; en divisant par lui, on obtient pour un corps volant l'énergie de son mouvement pour un kilogramme de sa masse - énergie cinétique spécifique V2/ 2. Et l'impact d'un corps massif sera déterminé par le produit de sa masse par la constante gravitationnelle (DG, ce produit est appelé le paramètre gravitationnel, , "Mu"), divisé par la distance entre le centre du champ gravitationnel (simplifié - le centre de la planète) et le corps rapide - ??/r … C'est l'énergie gravitationnelle par kilogramme du corps volant, c'est-à-dire l'énergie gravitationnelle spécifique. Deux énergies spécifiques - cinétique et gravitationnelle, par kilogramme de coureur - sont les échelles qui prédétermineront les capacités du coureur et l'issue de la rencontre entre les deux combattants. La différence entre ces énergies spécifiques, V2/2 – ??/r, est appelée énergie orbitale spécifique et est désignée par le symbole e:
e = V2/2 – ??/r
Courbes de défaite et de victoire
De plus, la logique est simple: quelle énergie est plus grande dans un kilogramme d'un corps volant, cette énergie règne; dont les rênes sont plus fortes, elle fait tourner le cheval. Lorsque l'énergie de gravité spécifique d'un corps massif prédomine dans le coureur, son champ gravitationnel ne libère pas le coureur, renvoyant le corps volant à travers les trajectoires fermées: ellipses, ellipses, ellipses. L'énergie de mouvement est ici inférieure à l'énergie de gravité dans chaque kilogramme du coureur. En soustrayant le plus grand du plus petit, nous obtenons une valeur négative de l'énergie orbitale spécifique e … Le corps rapide est en quelque sorte dans le moins devant la pesanteur du partenaire lourd et ne peut se libérer de sa pesanteur.
Et si les énergies spécifiques de la vitesse et de la gravité sont égales ? Leur différence donnera zéro - l'énergie orbitale spécifique du corps est zéro, e = 0. Personne ne gagne ici: un corps à grande vitesse s'envole à l'infini, mais s'y arrête; et le partenaire gravitant arrête le corps à grande vitesse, mais infiniment loin, au-delà des limites de sa prise. Et il ne peut pas le ramener à elle à partir de là. Situation de blocage. Et c'est la deuxième vitesse cosmique: un corps rapide quittera le champ gravitationnel d'un lourd, étant allé infiniment loin, mais l'action de ce champ finira par s'arrêter et cesser d'être un coureur.
Quelle sera la forme de ce chemin d'égalité absolue ? En s'en rapprochant avec l'accélération du corps, la trajectoire elliptique acquiert un apogée toujours plus haut et plus lointain, le point le plus haut de l'orbite. Et quand l'apogée s'élèvera à l'infini, l'ellipse se brisera. L'orbite deviendra une courbe ouverte - une parabole.
Une orbite parabolique divise toutes les orbites en avant et après, séparant l'infinité d'ellipses et l'infinité d'hyperboles, d'autres trajectoires ouvertes avec une prédominance de l'énergie du mouvement. C'est une ligne très fine, purement calculée; pour la surface d'un corps gravitationnel sphérique, il n'y a qu'une parabole, contrairement à l'ensemble innombrable d'ellipses fermées et au même ensemble incalculable d'hyperboles ouvertes. Pour une orbite parabolique, en tous ses points, la vitesse est toujours égale à la deuxième vitesse cosmique - la vitesse de sortie du corps gravitationnel. Un peu moins d'énergie - et le vol se refermera sur une ellipse. Un peu plus d'énergie - le vol ira à l'infini et continuera là-bas.
Le vaisseau spatial surmontera la gravité avec une marge et s'éloignera de la planète avec une certaine vitesse résiduelle. Et il ne s'arrêtera pas dans la distance infinie, comme sur une parabole. De telles trajectoires sont appelées hyperboliques.
Avec une augmentation de la vitesse d'un corps rapide, toutes les autres courbes seront également ouvertes. L'énergie spécifique du mouvement sur eux est supérieure à l'énergie spécifique du champ gravitationnel. Le vaisseau spatial surmontera la gravité avec une marge et s'éloignera de la planète avec une certaine vitesse résiduelle. Et il ne s'arrêtera pas dans la distance infinie, comme sur une parabole. De telles trajectoires sont appelées hyperboliques. Sur eux, la vitesse « surpasse » la gravité, l'énergie spécifique de la vitesse est supérieure à l'énergie spécifique de la gravitation, et l'énergie orbitale spécifique epositif - le coureur est en territoire positif devant la gravité d'un partenaire lourd et le gagne ainsi. De plus, un corps rapide à une distance infinie de la planète conserve une vitesse résiduelle, appelée excès de vitesse hyperbolique. Au moment d'étranges données de télémétrie, Persévérance est entrée dans une telle trajectoire hyperbolique - sur la trajectoire de quitter la Terre avec une vitesse résiduelle non nulle, avec laquelle elle s'est rendue sur la planète rouge.
La situation avec le demi-grand axe
Et nous reviendrons brièvement sur le jardin balistique orbital et nous nous promènerons sur le chemin de la géométrie simple. Dans une orbite elliptique, la distance entre le périgée et l'apogée, les points les plus éloignés les uns des autres, forme le grand axe de l'ellipse (qui est allongé sur la longueur de l'ellipse; le petit axe et le demi-axe se trouveront en travers de l'ellipse). La moitié de cette distance la plus longue dans une ellipse est le demi-grand axe une … L'énergie orbitale spécifique d'un corps volant peut être exprimée non seulement sous la forme de la différence entre les énergies spécifiques cinétique et gravitationnelle, mais aussi en termes de paramètre gravitationnel ??planètes et la longueur du demi-grand axe uneorbite elliptique d'un corps volant: e= –Μ/2 une … Faites attention au moins avant la fraction.
L'énergie spécifique d'un corps volant le long d'une ellipse est négative (moins, un manque d'évasion de la gravité de la planète) et est égale à e= –Μ/2 une … De la même formule, le demi-grand axe est égal à une = –Μ/2 e … Energie spécifique négative pour l'ellipse e avec le moins de la formule donne la longueur positive du demi-grand axe de l'ellipse une.
Lors d'une parabole, l'apogée recule jusqu'à l'infini, ce qui signifie que la longueur du grand axe et du demi-axe devient infinie. Sur les trajectoires hyperboliques, l'énergie spécifique a déjà franchi le zéro parabolique et est positive: le corps sort de la gravité avec une marge subsistant sous la forme d'un excès de vitesse hyperbolique. Mais pour que l'énergie spécifique du corps devienne positive, quelque chose dans la formule doit devenir négatif s'il y a un moins devant.
Le paramètre gravitationnel ne peut pas être négatif: c'est le produit de la masse de la planète par le nombre, = GM, et il n'y a pas de masse négative. Demi-grand axe reste une … En réalité, une hyperbole n'a pas de demi-axe - seulement un axe illimité, une ligne droite infinie, pour laquelle le concept de demi est en quelque sorte dénué de sens. Comme il n'y a pas d'apogée. Ses branches vont à l'infini et n'y ont pas de point commun, auquel on peut reporter l'axe et mesurer la distance. Mathématiquement, la longueur du demi-grand axe de l'hyperbole est obligée de devenir négative. Les distances directionnelles peuvent avoir des changements de signe. Lorsque le sens d'ajournement ou de comptage est pris en compte, son changement inverse doit être décrit dans un paramètre. Géométriquement, c'est un virage à 180 degrés; mathématiquement, c'est un changement de signe. Si le demi-grand axe normal d'une ellipse normale se trouve à l'intérieur de l'ellipse, alors lorsque le signe change, le demi-axe négatif doit être déposé dans la direction opposée - vers l'extérieur de la courbure. L'interprétation géométrique du demi-grand axe de l'hyperbole est la distance du périgée de l'hyperbole au point d'intersection de ses asymptotes, le long duquel les branches de l'hyperbole vont à l'infini. Ce segment ne se situe pas à l'intérieur du coude de la courbe, comme dans l'ellipse, mais à l'extérieur de l'hyperbole, dans la direction opposée, changeant de signe de l'intérieur respectable de l'ellipse à l'opposé de sa disposition.
De plus, venant de "déposer" de la parabole plus loin dans la région hyperbolique, l'hyperbole a une position étroite en forme de V de ces asymptotes, à l'intérieur de laquelle l'hyperbole s'approche de l'infini, se déploie autour du centre de gravité, passant son périgée (pour le par souci d'un son familier, on ne dira pas "péricentre" dans le cas général, et le périgée est pour la Terre habituelle), et remonte à l'infini. Ainsi, le point d'intersection des asymptotes peut s'éloigner très loin du périgée de l'hyperbole, qui se situe « à l'intérieur du bec étroit » des asymptotes. Avec des asymptotes presque parallèles - pratiquement à l'infini.
Et avec une nouvelle augmentation de la vitesse de vol, l'hyperbole se déploie avec ses asymptotes et se ramifie dans un angle de plus en plus obtus, avec une augmentation illimitée de la vitesse, se rapprochant d'une ligne droite. Et cela est compréhensible: un corps volant relativement lentement le long d'une hyperbole (bien qu'avec une vitesse hyperbolique, bien sûr) reste longtemps dans la région du périgée, où l'adhérence gravitationnelle de la planète est la plus forte et la force de flexion de la trajectoire est la plus grande; la vitesse lente donne à la gravité suffisamment de temps pour travailler correctement dans le virage du chemin. Au contraire, plus la vitesse du vol hyperbolique autour de la planète est rapide, moins le corps passe de temps dans la zone proche du périgée, le glisse plus vite et ne laisse pas le temps de courber sa trajectoire. Par conséquent, avec un vol rapide, l'hyperbole est moins courbée par la gravité de la planète.
L'énergie spécifique du corps change en douceur avec une augmentation de la vitesse d'elliptique à hyperbolique. À partir de valeurs négatives de petites ellipses, l'énergie orbitale spécifique du corps diminue progressivement avec l'allongement des ellipses, se rapprochant du zéro parabolique d'énergie par petits pas, passant doucement à zéro lors du passage de la parabole, puis également progressivement à partir de zéro augmente sur trajectoires hyperboliques, déjà avec des valeurs positives.
Mais la longueur du demi-grand axe se comporte différemment. Au fur et à mesure que les ellipses s'étirent, elle grandit (directement, géométriquement), atteignant l'infini au niveau d'une parabole. Lors du passage dans une hyperbole, la longueur du demi-grand axe devient négative (il s'avère être en dehors de la courbure) et est également infiniment grande. En diminuant à mesure que la vitesse hyperbolique continue de croître, les asymptotes hyperboliques "s'écartent" et la distance entre le point de leur intersection et le périgée diminue.
Périgée et apogée comme miroir des tâches orbitales
Il se rapproche de la compréhension de l'apparition d'un apogée avec une altitude négative dans les données de vol. Il suffit de prêter attention aux particularités des tâches habituelles et aux conditions de lancement par commandes de démarrage.
Dans les orbites fermées des satellites terrestres artificiels, les hauteurs d'apogée et de périgée sont très importantes, utiles et indicatives. Ils définissent de nombreuses caractéristiques du mouvement orbital et, comme dans un miroir, reflètent des détails importants de la situation ou de la tâche balistique actuelle. Par exemple, la hauteur de l'orbite géostationnaire est sans aucun doute un paramètre clé important (avec l'inclinaison nulle tout aussi importante de l'orbite). La valeur de l'altitude géostationnaire doit être maintenue avec précision, et la forme circulaire de cette orbite est caractérisée par l'égalité des hauteurs du périgée et de l'apogée, c'est-à-dire leur absence effective, lorsqu'un point quelconque de l'orbite est à la fois apogée et périgée. à la fois. Ainsi le cercle s'exprime par l'égalité de l'apogée et du périgée.
Dans un autre cas, il est important de savoir de quelle profondeur à quelle hauteur les travaux du deuxième étage doivent élever le périgée. Ou où et à quelle distance le périgée doit être abaissé dans l'atmosphère, arrêtant le mouvement orbital. Par exemple, si vous devez étirer l'entrée et rendre la surcharge de freinage par l'atmosphère petite et facile pour l'équipage, vous ne devez pas pousser le périgée dans l'atmosphère en dessous de soixante-dix kilomètres. À l'approche d'un tel périgée, le vaisseau spatial ira longtemps presque horizontalement dans les couches supérieures et raréfiées de l'atmosphère - et ralentira donc lentement et longtemps, éteignant la vitesse en douceur et sans grande surcharge, sans accumuler énergie de descente.
Il peut également y avoir un problème inverse - désorbiter un satellite au-dessus d'une zone donnée de sorte que lorsqu'il est détruit dans l'atmosphère, les fragments non brûlés restants ne sortent pas de la zone de chute relativement petite. Pour ce faire, le satellite doit être lancé le long d'une trajectoire d'entrée plus raide, avec moins de "salissures" horizontalement: le périgée peut être abaissé sous la surface de la Terre de plusieurs centaines de kilomètres - en y cherchant, le satellite entrera dans l'atmosphère le long d'une trajectoire plus raide, subira de grandes charges de puissance et de chaleur, il s'effondrera plus fortement et brûlera plus complètement, et ses parties survivantes tomberont avec une propagation plus petite. Bien entendu, une immersion toujours plus profonde du périgée sous terre nécessitera un apport plus important de carburant pour l'impulsion de freinage; mais ici de telles solutions sont déjà choisies qui sont acceptables en termes de toutes les restrictions, réserves et capacités.
Etc. Par conséquent, lors des lancements, il est très pratique d'utiliser les hauteurs d'apogée et de périgée comme valeurs contrôlées de mouvement, indicateurs bons et pratiques. Ils montrent clairement quoi, où et comment il sort ou non, si le satellite a atteint de l'altitude, comment il se déplace avec un tel apogée et un tel périgée. Caractéristiques géométriques compréhensibles, hauteur de point, physique, réel. Par conséquent, lors de l'affichage des données de vol orbital, les altitudes d'apogée et de périgée calculées pour ce mouvement et le moment actuel sont toujours utilisés. Et pour calculer la hauteur du périgée et de l'apogée, séparés par le grand axe, sa moitié est largement utilisée - le grand demi-axe, sa longueur. Plus l'apogée est élevée, plus l'ellipse, son grand axe longitudinal et son grand demi-axe sont longs.
L'apogée de pas un satellite
Cependant, selon la hauteur de l'apogée, il est difficile de suivre un point peu fréquent mais important - la transition du mouvement orbital fermé du véhicule dans le mouvement hyperbolique. Comment distinguer un apogée très lointain d'un infiniment lointain ? Avec un grand retrait de l'apogée, sa différence avec l'infini sera petite et insaisissable. La transition de l'appareil à l'hyperbole est plus facile et plus correcte à suivre dans le contexte de l'énergie orbitale spécifique: pour observer comment l'énergie orbitale spécifique négative du satellite s'approche doucement de zéro, croise le zéro parabolique et devient ensuite des valeurs positives avec le passage du vol à l'hyperbolique.
Mais les lancements vers l'hyperbole - interplanétaire - sont beaucoup moins fréquents que les lancements proches de la Terre. Par conséquent, le modèle de calcul, qui affiche les données de vol actuelles sous la forme de hauteurs d'apogée et de périgée, reste le même lors des lancements interplanétaires - près de la Terre. Comme pour la plupart des lancements d'engins spatiaux, la grande majorité sont des satellites artificiels de la Terre.
Le modèle de mouvement du satellite est obligé de décrire par ses paramètres clés de mouvement proches de la Terre le vol d'un appareil qui cesse d'être un satellite.
Le modèle de calcul du mouvement des satellites est affiné pour les paramètres elliptiques habituels avec un périgée et un apogée indispensables. Et ce modèle de mouvement satellitaire est obligé de décrire par ses paramètres clés de mouvement proches de la Terre le vol d'un appareil qui cesse d'être un satellite. Par conséquent, avec le passage du mouvement à l'hyperbolique et non au satellite, le modèle montre ses miracles calculés, calculant purement mathématiquement - qu'on le veuille ou non, comment il est posé - l'apogée imaginaire au début de la trajectoire hyperbolique, comme il le fait toujours pour l'ellipse habituelle. De tels calculs sont mathématiquement corrects - ce n'est pas une faute de frappe, pas un problème, pas une contradiction - mais dans le mouvement hyperbolique, certains des résultats de ces calculs sont déjà imaginaires. Ainsi, dans les données de mouvement affichées dans le coin de l'écran, l'apogée imaginaire de l'hyperbole et sa hauteur négative apparaissent.
Un lecteur attentif - ou simplement un balisticien orbital, pour qui certaines quantités sont depuis longtemps devenues familières, comme la table de multiplication - verra que la distance de 6378 kilomètres et 3443,9 milles marins est la même distance. De plus, cette distance est égale au rayon moyen de la Terre. C'est-à-dire que le modèle informatique du mouvement a placé l'apogée au centre de notre planète. Pourquoi exactement au centre s'explique par les particularités de simplification du modèle de mouvement, dans lesquelles il serait fastidieux de grimper maintenant. Et, peut-être, à la question "Pourquoi si profond?" - le modèle de mouvement avec un sourire narquois répondrait qu'il n'y a tout simplement nulle part plus profond …
Mais ces incidents informatiques n'ont aucun effet sur le mouvement réel du véhicule interplanétaire. Par conséquent, l'apogée négative qui en résulte en quelques secondes est simplement supprimée des données de télémétrie, et le voyageur interplanétaire poursuit son chemin hyperbolique, qui a commencé à ces moments, sous les applaudissements du personnel du Centre de contrôle de mission et lui souhaite un bon voyage. Et nous notons encore une fois le paradoxe extérieurement subtil avec une hauteur d'apogée négative, mais maintenant en bon ami.
Modules complémentaires
Sur des trajectoires hyperboliquesnon seulement des lancements interplanétaires ont lieu, mais aussi des survols de planètes lors des manœuvres dites de perturbation, ou gravitationnelles. Dans ce cas, la vitesse de l'engin spatial par rapport à la planète au début du survol est égale à la vitesse après son achèvement, seule la trajectoire se plie et la direction du mouvement change. Mais par rapport au Soleil, dans le référentiel héliocentrique, après avoir fait le tour de la planète, l'amplitude de la vitesse du véhicule change également: il reçoit un incrément de vitesse, positif ou négatif. En conséquence, l'appareil change son orbite autour du Soleil. Sur une nouvelle orbite, il peut se déplacer plus rapidement, s'éloigner de l'étoile ou, au contraire, ralentir, s'approcher de la région interne du système solaire et de ses planètes. Les manœuvres gravitationnelles basées sur le survol hyperbolique sont très largement utilisées. Ils peuvent être effectués plusieurs fois en un seul vol; par exemple, dans le programme de la sonde solaire Parker - sept manœuvres de décélération gravitationnelle près de Vénus, dont il a déjà effectué trois (les deux premières près de l'intérieur, du Soleil, côté jour de Vénus; la troisième fois - il y a un mois, pour la première fois à l'extérieur, côté nuit), et quatre restent devant.
Quelle est la trajectoire de Persévérance maintenant ? Hyperbolique? Non. Sa trajectoire n'était hyperbolique que par rapport à la Terre dans son voisinage, lors de son départ. Persévérance se déplace sur une orbite elliptique par rapport au Soleil, étant un compagnon de l'étoile; son mouvement est une révolution autour du soleil, et il fait maintenant partie d'une révolution. Le vaisseau spatial s'approchera également de Mars avec une vitesse hyperbolique par rapport à la planète, à partir de laquelle il commencera à entrer dans l'atmosphère.
Centre du champ gravitationnel, le centre de la Terre - quel est exactement le centre de la Terre ? La surface de la Terre a une forme complexe qui ne peut être décrite analytiquement, c'est-à-dire précisément à l'aide de formules mathématiques. Pour une surface de forme complexe, le centre ne sera pas un point équidistant, comme une boule; quel est le centre d'une telle surface ? Si nous parlons du centre du champ gravitationnel de la Terre - de même, le vrai champ gravitationnel a une structure assez complexe et "inégale". Dans ce cas, le centre géométrique de la surface de notre planète, peu importe comment il est déterminé, ne doit pas nécessairement coïncider avec le centre du champ gravitationnel (également peu importe comment il est défini). La densité différente des roches sous-jacentes dans différentes régions, même avec une boule idéale de la Terre, crée des irrégularités dans le champ gravitationnel qui ne coïncident pas avec les caractéristiques de la surface. Lequel de ces centres - champ géométrique ou gravitationnel - choisir comme référence ? Quels sont les satellites autour? Pour le centre de révolution en balistique orbitale, un concept distinct est utilisé - le barycentre. Tous les satellites de faible masse tournent autour du barycentre de la planète. Le nom est dérivé du mot grec βαρύς ("baris") - "lourdeur". Du même mot vient le nom de la barytine - la première grande et très lourde, pesant quelques tonnes, Eocene proboscis. Du point de vue de la répartition des masses sur le volume de la Terre, le barycentre est son centre de masse. On peut dire que c'est un point qui remplace la planète entière dans son mouvement et son interaction avec les autres corps. Par conséquent, le mouvement d'un satellite autour d'une planète réelle est simplifié comme sa révolution autour du barycentre de la Terre.
Orbites héliosynchrones- une classe d'orbites dans laquelle, sous chaque point de l'orbite terrestre, il y a toujours une seule et même heure solaire locale. C'est-à-dire qu'à un point spécifique du sous-satellite, la position angulaire du Soleil au-dessus de l'horizon local est toujours approximativement la même. Cela signifie des conditions d'éclairage pratiquement inchangées à chaque point sous-satellite. Par exemple, c'est toujours la même longueur de l'ombre portée par un objet sur laquelle passe un satellite sur une telle orbite. Changer la longueur de l'ombre ne signifie qu'une chose: changer la hauteur de l'objet. Avec le même éclairage, il est plus facile d'enregistrer les changements au sol. Par conséquent, ils aiment lancer des satellites de reconnaissance optique sur des orbites héliosynchrones. Bien qu'il existe d'autres tâches: par exemple, la fourniture balistique de l'éclairage éternel d'un satellite LEO. Pour qu'il ne rentre jamais dans l'ombre, recevant en permanence de l'énergie pour une consommation puissante - peut-être pour une observation radar constante et le fonctionnement des dispositifs d'émission embarqués. Pour ce faire, l'appareil est lancé sur une orbite héliosynchrone, passant partout sur la zone crépusculaire de la surface de la Terre. Dans une telle orbite, le satellite n'entre pas dans l'ombre de la planète, tournant toujours à travers le rayon du soleil, autour d'elle, et toute la révolution reste illuminée. Pour les orbites héliosynchrones, le lancement n'est pas effectué strictement vers le pôle Nord, mais légèrement vers l'ouest, environ huit à dix degrés, offrant une inclinaison orbitale d'environ 98-100°. Et la hauteur de l'orbite est comprise entre 600 et 1 000 kilomètres. Pour de tels lancements, la base aérienne de Vandenberg en Californie est idéale car les voies de lancement à partir d'ici s'étendent vers le nord et le sud à travers l'océan.
Orbite de référence basse. Le bas est d'environ 180-200 kilomètres. Aux États-Unis, une altitude de 185 km est souvent adoptée - le nombre rond d'une orbite de 100 milles. Souvent, dans une orbite de référence basse, ils ne font pas une révolution complète - seulement une partie. Parce qu'ils la quittent déjà pour d'autres affaires: en cas de placement seulement temporaire, l'orbite est celle de référence. Et si rien ne se passe plus loin, c'est juste une orbite basse. En anglais, il est d'usage de dire "parking orbit" - parking orbit. L'appareil est laissé dessus, comme une voiture garée sur le site. Une orbite basse de référence est nécessaire pour la parcourir sereinement jusqu'au point souhaité au-dessus de la Terre, où effectuer une action donnée, une impulsion pour se transférer sur une autre orbite. Pour l'optimalité, cela se fait souvent après un demi-tour, de l'autre côté de la Terre - et ils y arrivent dans l'orbite de référence, rapidement et commodément. Le séjour dessus est court, donc la décélération par les restes de l'atmosphère est généralement déjà importante (vous ne trouverez pas de satellites avec une orbite de travail de 200 kilomètres - ils tombent trop vite), et dans l'ensemble ce n'est pas effrayant - cela changera l'altitude de manière insignifiante en peu de temps.
Trajectoires suborbitales Les orbites terrestres avec périgée souterrain sont appelées. Si le corps pénètre dans la terre, le périgée de son orbite était souterrain et le corps se dirigeait vers lui. L'ellipse suborbitale a deux parties: une partie réelle - le corps se déplace le long de celle-ci; la seconde est souterraine. Et c'est donc une ellipse képlérienne ordinaire, indépendamment du fait qu'elle a une partie souterraine. Il dit seulement qu'il n'y aura pas de chiffre d'affaires complet. Le lieu d'intersection de la partie descendante de l'ellipse avec la surface de la Terre deviendra le point d'impact, en réalité, bien sûr, la zone d'impact. Tous les missiles balistiques suivent des trajectoires suborbitales. En fait, toute la balistique de combat des missiles, des tactiques opérationnelles aux intercontinentaux, est une balistique de combat suborbitale. Il a élaboré et développé un grand nombre de toutes sortes de questions spéciales. De nombreuses valeurs numériques des paramètres de mouvement sont secrètes. Dans le mouvement de combat suborbital, des caractéristiques sont ajoutées liées à la fiabilité de la mission de combat, des caractéristiques de combat du mouvement. Par exemple, d'éventuelles manœuvres en phase active, effectuées dans le cadre de la complication de l'interception d'un missile balistique en accélération par des armes anti-missiles ennemies. Cela nécessite un rapport poussée/poids plus important et une logique particulière pour construire de telles manœuvres. Par rapport à la zone de combat, la trajectoire suborbitale du lancement spatial au premier étage est à bien des égards plus simple. Il s'agit d'une étape d'élimination typique, uniquement optimisée énergétiquement. Bien qu'il y ait des incidents balistiques inattendus dessus. Mais à leur sujet une autre fois.
Destruction dans l'atmosphère a une particularité en termes d'espace et de véhicules suborbitaux. Les satellites entrent très doucement, le tableau de leur destruction est assez étendu. En dehors d'eux, il existe deux types de véhicules purement suborbitaux - ceux de combat. Ce sont des ogives conçues pour surmonter toutes les charges atmosphériques, et les étapes de désengagement, ou étapes de combat, qui volent derrière les ogives et pénètrent dans l'atmosphère à peu près aux mêmes endroits. Ces derniers ne sont en aucun cas adaptés pour entrer dans l'atmosphère, leur conception ne contient que résistance aux surcharges de démarrage et travail précis dans l'espace. Les étapes de désengagement entrent généralement une demi-minute plus tard que les dernières ogives - et bien qu'avec des angles d'inclinaison de la trajectoire plutôt doux, elles sont toujours plus raides que les intrus orbitaux. À une entrée plus raide, les forces aérodynamiques à croissance rapide s'échauffent et brisent la phase de combat - puis à nouveau, puis se fragmentent, plusieurs fois. Parfois au sol, après la chute des morceaux, on peut voir les détails de la destruction de la structure par un écoulement hypersonique. Avec quelle faille sur les bords d'Éole détruisit les affaires de Vulcain, le ruisseau brisa l'alliage spécial. Visuellement, la destruction des étapes de la bataille ressemble au vol d'une étoile rouge-orange inhabituellement grande, généralement avec une longue traînée de feu, comme une torche. Autour de la "comète" principale brillante, on voit plusieurs fois des éclairs rapprochés de lumière blanche, similaires aux éclairs d'un appareil photo ou d'un soudage électrique - ce sont des fragments d'alliages de magnésium brûlés. Rougissant progressivement de feu, la marche s'étire en une bande plate de charbons oranges de fragments ralentis, rapidement refroidis par le givre de la basse stratosphère jusqu'à l'invisibilité. La nuit, une traînée rougeoyante verte reste dans le ciel, s'obscurcissant et s'éteignant en une demi-minute - vous pouvez voir la lueur de la recombinaison de l'ionisation par impact de l'air de la scène lorsque tout était en feu. La destruction de la marche est mieux vue de la plus grande distance pendant les anticyclones d'hiver avec des nuits claires et calmes, des gelées moyennes et un air sec et dense. Lors de fortes gelées, la brume de givre accumulée dans la couche de surface interfère souvent, brouillant les détails jusqu'à l'imprécision, ainsi que la réfraction sur les inhomogénéités de l'air.
Mammouths… à leur sujet une autre fois.