Почему спутники не падают
Прямо сейчас на орбите Земли расположено более 1000 искусственных спутников. Они выполняют самые разнообразные задачи и имеют различную конструкцию. Но объединяет их одно — спутники вращаются вокруг планеты и не падают.
Быстрое объяснение
На самом деле спутники постоянно падают на Землю из-за воздействия гравитации. Но они всегда промахиваются, т. к. имеют боковую скорость, заданную инерцией при запуске.
Вращение спутника вокруг Земли — это его постоянное падение мимо.
Развёрнутое объяснение
Если вы бросаете мяч в воздух, мяч возвращается обратно вниз. Это из-за гравитации — той же силы, которая удерживает нас на Земле и не дает улететь в открытый космос.
Спутники попадают на орбиту благодаря ракетам. Ракета должна разогнаться до 29 000 км/ч! Этого достаточно быстро, чтобы преодолеть сильное притяжение и покинуть атмосферу Земли. Как только ракета достигает нужной точки над Землей, она отпускает спутник.
Спутник использует энергию, полученную от ракеты, чтобы оставаться в движении. Это движение называется импульсом.
Но как спутник остается на орбите? Разве он не полетел бы по прямой в космос?
Не совсем. Даже когда спутник находится за тысячи километров, гравитация Земли все еще притягивает его. Притяжение Земли в сочетании с импульсом от ракеты заставляет спутник следовать круговой траектории вокруг Земли — орбите.
Когда спутник находится на орбите, он имеет идеальный баланс между импульсом и силой притяжения Земли. Но найти этот баланс довольно сложно.
Гравитация тем сильнее, чем ближе объект к Земле. И спутники, которые вращаются вокруг Земли, должны двигаться на очень высоких скоростях, чтобы оставаться на орбите.
Например, спутник NOAA-20 вращается всего в нескольких сотнях километров над Землей. Он должен путешествовать со скоростью 27 300 км/ч, чтобы оставаться на орбите.
С другой стороны, спутник NOAA GOES-East вращается вокруг Земли на высоте 35 405 км. Чтобы преодолеть гравитацию и остаться на орбите, ему нужна скорость около 10 780 км/ч.
Спутники могут оставаться на орбите в течение сотен лет, поэтому нам не нужно беспокоиться о том, что они упадут на Землю.
Источник
Первое космическое ДТП: как над Россией столкнулись спутники
12 лет назад над полуостровом Таймыр произошло первое известное человечеству столкновение спутников в космосе.
Впервые в истории два крупных космических летательных аппарата столкнулись 10 февраля 2009 года. Более чем через полвека после запуска первого искусственного спутника Земли американский Iridium 33 и российский «Космос-2251» не смогли разминуться на орбитах. Сразу после случившегося в научных кругах возникли предположения о том, что для других космических аппаратов это представляет большую угрозу. Стоял вопрос и о безопасности тех, кто находился на Международной космической станции, ведь мельчайшие осколки в условиях космоса могут нанести огромные разрушения.
«Девочка созрела»: SpaceX откажется от ракет Falcon Heavy и «убьёт» космонавтику во всём мире
Как всё случилось?
10 февраля 2009 года пресс-секретарь NASA Кейли Хамфриз заявил о разрушении частного коммерческого спутника Iridium. Его запустили ещё в 1997 году, и на орбите он находился уже достаточно долго. Причиной произошедшего назвали космическое ДТП. Российский спутник в 1993 году был отправлен на ту же высоту. Американские учёные усмотрели в произошедшем вину разработчиков: якобы в космос был отправлен заведомо неисправный российский аппарат.
Столкновение спутников «Космос-2251» и Iridium 33. Фото © Wikipedia
Кладбище на орбите. Как хоронят в космосе и опасно ли это для живых
Позднее выяснилось, что и российский, и американский спутники уже давно не работали и сами являлись космическим мусором. От разрушений после аварии осколки разлетелись по орбите, но ни в один летательный аппарат чудом не попали. Между тем на уровне притяжения Земли, в 800 километрах, находилось, по разным оценкам, около 70 спутников и последствия столкновения могли быть крайне серьёзными.
800 километров — это очень популярная орбита, это орбита дистанционного зондирования Земли и спутниковой телефонии. Там очень много спутников связи, в том числе действующих. Одних спутников серии Iridium на этой орбите 66 штук. Облако обломков, возникшее после столкновения, представляет для этих аппаратов реальную угрозу
Руководитель полётов российского сегмента МКС
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2021/1/9/1416033514424.9834.jpg» loading=»lazy»/>
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2021/1/9/1416033514424.9834.jpg» loading=»lazy»/>
Тем не менее через пару недель на Землю начали падать обломки разбившихся спутников. По данным военных, которые приводятся на сайте Spaceweather, фрагмент, получивший название 1993-036PX, вошёл в атмосферу Земли 12 марта, обломок 1993-036KW — 28 марта, 1993-036MC — 30 марта.
Последствия для планеты
Копия спутника системы «Иридиум» (слева), спутник типа «Стрела-2М» (тот же тип, что и у спутника «Космос-2251») (справа). Фото © Wikipedia
После произошедшего тревогу забили экологи. Они опасались, что обломки столкнувшихся спутников могут загрязнить большую часть России, ведь катастрофа произошла над Таймыром.
Их беспокойство понятно, тем более что в западных СМИ прошла информация о том, что на борту одного из спутников мог находиться ядерный реактор. Представляете, что может случиться, если часть обломков упадёт, например, в озеро Байкал! Поэтому, чтобы предотвратить возможную опасность, экологи попросили нас официально обратиться в соответствующие ведомства, чтобы совместно с компетентными органами взять под контроль расчёты падения обломков спутников на планету Земля
Председатель правления Общественного экологического совета при Роспотребнадзоре
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2021/1/9/623223241098.4294.jpg» loading=»lazy»/>
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2021/1/9/623223241098.4294.jpg» loading=»lazy»/>
Большую часть осколков разрушенных спутников удалось отследить. Некоторые из них сгорели при падении на Землю, остальные всё ещё пребывают на орбите.
Как показала дальнейшая космическая практика, столкновение спутников отнюдь не уникальное событие. Почти через 11 лет, в феврале прошлого года, специалисты службы слежения за космическим мусором предупредили о возможном скором столкновении двух выведенных из строя спутников. Речь идёт о целой инфракрасной обсерватории IRAS и небольшом аппарате GGSE-4. Подобные столкновения, по заявлениям учёных, могут повлечь катастрофические последствия для других спутников Земли.
Источник
Может ли спутник упасть вам на голову?
Автор фото, Getty Images
Количество космического мусора на околоземной орбите неуклонно растет. Обозреватель BBC Future решил разобраться, что происходит, когда отработавшие своё спутники падают на Землю. Изучением этой проблемы занимаются немецкие ученые.
«Самое интересное — дальше», — говорит исследователь Себастиан Виллемс, ведя меня вдоль длинного стеклянного шкафа, заставленного серебристыми моделями футуристических космических кораблей.
Здание, в котором Виллемс собирается продемонстрировать мне «самое интересное», принадлежит институту аэродинамических исследований Германского центра авиации и космонавтики (DLR), расположенному в Кельне.
К «не самому интересному» Виллемс причисляет и пункт управления аэродинамическими трубами с огромным старинным пультом, на котором имеется множество датчиков, переключателей и кнопок.
Минуя массивную взрывостойкую дверь, мы входим в помещение без окон. Стены покрыты копотью, в воздухе явственно чувствуется запах пороха.
Здесь проводятся аэродинамические испытания ракетных двигателей.
Но и это, как выясняется, не самое интересное.
Виллемс ставит свои «самые интересные» эксперименты в одной из аэродинамических труб кельнского центра. Он имитирует сход спутника с околоземной орбиты.
«Вокруг Земли сейчас обращается огромное количество искусственных спутников, и все они рано или поздно сойдут с орбиты», — объясняет Виллемс.
«При входе в атмосферу космические аппараты разрушаются. Нас интересует, какова вероятность того, что уцелеют их фрагменты».
Иными словами, могут ли не сгоревшие в атмосфере обломки отработавших спутников упасть на что-нибудь — или на кого-нибудь — на Земле?
Установленная на бетонном полу аэродинамическая труба, которую выделили под эксперименты Виллемса, напоминает огромный полуразобранный пылесос, подсоединенный к пароварке.
Блестящий агрегат покрыт сетью труб и электропроводов. Обычно эта труба используется для продувки моделей сверхзвуковых и гиперзвуковых самолетов — скорость создаваемого в ней воздушного потока может превышать скорость звука в 11 раз.
Собственно «труба» представляет собой сферическую металлическую камеру высотой в два метра, внутри которой в специальных зажимах укрепляют модели для продувки.
Но зажимы Виллемсу не нужны — он просто бросает предметы в трубу, сквозь которую в обратном направлении подается поток воздуха со скоростью примерно в 3000 км/ч (что вдвое выше скорости звука).
Автор фото, Getty Images
Как правило, спутники при входе в атмосферу разрушаются
Таким образом имитируется полет сходящего с орбиты спутника сквозь земную атмосферу.
«Мы помещаем предметы в воздушный поток, чтобы посмотреть на то, как они ведут себя в условиях имитации свободного падения», — говорит Виллемс.
«Продолжительность каждого эксперимента составляет всего 0,2 секунды, но этого времени достаточно для того, чтобы сделать множество снимков и необходимых измерений».
Данные, полученные в ходе экспериментов, будут внесены в компьютерные модели, благодаря которым можно будет более точно прогнозировать поведение космических аппаратов при сходе с орбиты. (В этом ролике DLR смоделировано разрушение спутника Rosat в земной атмосфере.)
В настоящее время вокруг Земли обращается около 500 тыс. объектов орбитального мусора — от мелких металлических фрагментов до целых космических аппаратов размером с автобус — таких, как спутник Envisat Европейского космического агентства, который внезапно прекратил работу в апреле 2012 г.
«В целом количество фрагментов мусора, траектории которых мы отслеживаем, растет», — говорит Хью Льюис, старший преподаватель кафедры авиа- и ракетостроения в британском Саутгемптонском университете.
По мере роста объемов орбитального мусора будет расти и вероятность столкновения с ним работающих спутников или пилотируемых космических кораблей.
Уже сейчас по этой причине орбиту Международной космической станции приходится периодически корректировать.
«Фрагменты отработавших аппаратов сходят с орбиты с самого начала эпохи освоения космоса, — отмечает Льюис. — Как правило, крупный объект входит в атмосферу раз в три-четыре дня, и эта проблема будет сохранять свою актуальность в течение долгого времени».
Хотя спутники в атмосфере и разрушаются под действием перегрузок и высоких температур, некоторые крупные обломки падают на Землю относительно целыми.
«Например, топливные баки, — говорит Льюис. — У некоторых космических аппаратов они размером с небольшой легковой автомобиль».
Автор фото, Getty Images
Большинство отработавших спутников сводят с орбиты таким образом, чтобы они разрушились в атмосфере над безлюдными районами океанов
Хотя Виллемс и не бросает в аэродинамическую трубу легковые автомобили, его задача заключается в том, чтобы посмотреть, как ведут себя при разрушении крупные предметы, и какие из их фрагментов теоретически могут достичь земной поверхности.
«Обтекание одного компонента влияет на обтекание соседних, — объясняет он. — В зависимости от того, падают ли они на Землю поодиночке или в сборе, меняется и степень вероятности их полного сгорания в атмосфере».
Но если космический мусор сходит с орбиты так часто, почему его обломки не пробивают крыши домов и не падают нам на голову?
В большинстве случаев ответ заключается в том, что отработавшие спутники целенаправленно сводят с орбиты за счет остатков бортового топлива.
При этом траектории схода рассчитываются таким образом, чтобы спутники сгорали в атмосфере над безлюдными районами океанов.
А вот незапланированные сходы с орбиты представляют гораздо большую опасность.
Одним из последних таких случаев стал нерасчетный сход с орбиты Верхнеатмосферного исследовательского спутника (Upper Atmosphere Research Satellite, UARS) американского космического агентства НАСА в 2011 году.
Несмотря на то, что 70% Земли покрыто океанами и обширные участки суши до сих пор остаются малозаселенными, вероятность того, что падение UARS приведет к разрушениям на Земле, составляла, по оценкам НАСА, 1 к 2500, отмечает Льюис.
«Это весьма высокий процент — мы начинаем беспокоиться, когда возможная опасность для населения составляет 1 к 10 000», — говорит он.
«Речь идет не о том, что обломок спутника упадет именно на вас — вероятность этого ничтожно мала. Имеется в виду вероятность того, что он упадет на кого-нибудь в принципе».
Если учесть, что каждый год в автокатастрофах по всему миру гибнет свыше миллиона человек, вероятность того, что фрагмент орбитального мусора причинит значительные разрушения на Земле, очень незначительна.
И все-таки ей не пренебрегают, поскольку страна, запускающая космические аппараты, в соответствии с соглашениями ООН несет юридическую и финансовую ответственность за любой ущерб, нанесенный вследствие такой деятельности.
По этой причине космические агентства стремятся свести риски, связанные с падением объектов с орбиты, к минимуму.
Эксперименты, проводимые DLR, помогут ученым лучше понимать и более тщательно отслеживать поведение космического мусора, в том числе при незапланированных сходах с орбиты.
Стоимость космических запусков постепенно снижается, а спутники становятся все более миниатюрными, так что в ближайшие десятилетия их количество будет только расти.
«Человечество все активнее использует космос, но проблема орбитального мусора при этом усугубляется, — говорит Льюис. — Чем больше новых спутников выводится на орбиту, тем больше их будет с нее сходить».
Иными словами, хотя вероятность попасть под обломок космического корабля остается ничтожно малой, с неба будет падать все больше и больше спутников.
Ни один объект, выведенный на околоземную орбиту, не может оставаться на ней вечно.
Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future .
Источник