Скорость полета космического корабля до луны

Скорость полета к Луне

Вопроса о скоростях полета к Луне и, в частности, о минимальной скорости мы уже отчасти касались, когда речь шла о точках либрации системы Земля — Луна. Для первой критической скорости (т. е. наименьшей скорости отлета от Земли, которая в принципе обеспечивает возможность достижения Луны) при старте с орбиты спутника Земли с высотой 200 км, плоскость которой совпадает с плоскостью орбиты движения Луны, было получено значение 10,84890 км/сек. Поскольку скорость полета по такой орбите спутника Земли составляет 7,791 км/сек, то для достижения первой критической скорости потребуется доразгон на величину 3,058 км/сек.

Рис. 76. Первые обороты с минимальной критической начальной скоростью во вращающихся координатах: 1 — Земля; 2 — Луна; 3 — линия Хилла; I, II, III, IV, V — номера витков

Рис. 77. Предыдущая траектория в невращающейся системе координат

Рассмотрим теперь особенности движения космического аппарата. Проекция траектории полета его при старте с первой критической скоростью во вращающейся вместе с Луной и Землей системой координат на плоскость орбиты Луны показаны на рис. 76. На нем же изображена линия Хилла в виде несимметричной восьмерки, соответствующая указанным условиям старта. Напомним, что линия Хилла определяет границу допустимых движений космического аппарата. Она, в частности, показывает, что достижение Луны может произойти только при пролете космического аппарата через узкую «лазейку», совпадающую с точкой либрации L₁. Расчет траектории полета производился методом численного интегрирования уравнений движения. Результаты расчетов показывают, что при отлете от Земли с первой критической скоростью траектория космического аппарата возвращается к Земле, не доходя до линии Хилла примерно на 30000 км. Орбита космического аппарата на первых витках по форме очень близка к эллипсу с радиусом апогея около 260 тыс. км (рис. 77). Однако от витка к витку высота апогея постепенно возрастает, но темп возрастания ее является очень малым. Для приведенных на рис. 76 пяти оборотов космического аппарата в выбранном масштабе отметить увеличение высоты апогея просто невозможно. Пройдет, следовательно, очень много времени, пока он достигнет линии Хилла. Но это не все: ведь для прилета к Луне необходимо, чтобы космический аппарат достиг линии Хилла в точке L₁, и только после этого он может перейти в левую часть восьмерки, т. е. оказаться в районе Луны. Таким образом, полет к Луне с минимальной скоростью практически оказывается невозможным, поскольку перед его осуществлением космический аппарат должен сделать достаточно большое число оборотов вокруг Земли. Оценочные расчеты, выполненные В. А. Егоровым, показывают, что для достижения линии Хилла космический аппарат должен совершить порядка 200 оборотов, затратив на это 1200 суток. Это объясняется тем, что влияние Луны оказывается относительно небольшим.

Аналогичные расчеты для старта с Земли со второй (10,84968 км/сек), с третьей (10,85738 км/сек) и с четвертой (10,85854 км/сек) критическими скоростями показывают, что здесь также не удается достичь Луны на первом обороте. Следовательно, полет к Луне с такими скоростями также не целесообразен. Вот по, этой причине приходится искать другой подход к задаче выбора скорости полета к Луне.

Мы уже убедились, что на первом обороте движения с минимальными скоростями орбита полета космического аппарата по своей форме очень близка к эллипсу с фокусом в центре Земли и ее можно приближенно (но с хорошей точностью) рассчитывать по эллиптической теории, т. е. без учета притяжения Луны. Это обстоятельство наводит на мысль найти минимальные скорости на первом обороте приближенно, полностью пренебрегая влиянием Луны. Минимальная геоцентрическая начальная скорость, как нетрудно догадаться, должна быть выбрана так, чтобы высота апогея эллипса сравнялась с расстоянием до Луны. При строго вертикальном старте с поверхности Земли эта скорость будет равна 10,90525 км/сек. При старте с орбиты спутника Земли с высотой 200 км она возрастает всего лишь на 1,6 м/сек. Для сравнения укажем, что вторая космическая (параболическая) скорость в этом случае составляет 10,99967 км/сек и, следовательно, минимальная скорость полета к Луне меньше ее всего на 92,828 м/сек. Таким образом, увеличив минимальную скорость полета к Луне всего на 93 м/сек, космический аппарат навсегда покинет Землю и превратится в искусственную планету, вращающуюся вокруг Солнца.

Pис. 78. Возмущение Луной эллипса, достигающего точки равенства притяжений Земли и Луны: 1 — орбита без притяжения Луны; 2 — орбита с притяжением Луны. Точками на орбите обозначено время полета в сутках

Траектория, соответствующая минимальной скорости отлета от Земли, показана на рис. 77. Эти расчеты подтверждают, что выбранное нами условие нахождения минимальной скорости (равенство высоты апогея эллипса расстоянию до Луны) является достаточным для обеспечения попадания в Луну с высокой точностью. Более строгий анализ этого вопроса показывает, что найденную из этого условия скорость полета к Луне необходимо уменьшить на 2 см/сек, что является, конечно, пренебрежимо малой величиной. Полученный результат также означает, что распространенное мнение, будто бы для достижения Луны достаточно достигнуть удаления, на котором притяжения Луны и Земли равны, — неверно. Это подтвердили и расчеты с соответствующих траекторий с учетом притяжения Луны, одна из которых показана на рис. 78. В этом случае за счет влияния притяжения Луны происходит некоторое растяжение начального эллипса и космический аппарат, не достигнув Луны, возвращается к Земле. Любопытно также отметить, что вплоть до момента входа в сферу действия Луны (она на рис. 78 обозначена в виде окружности) фактическая траектория полета очень хорошо совпадает с эллипсом.

Понятно, что величина скорости отлета от Земли целиком определяет продолжительность полета к Луне. Чем больше скорость, тем меньше полетное время. При минимальном значении начальной скорости продолжительность полета составляет немного более четырех суток, при старте с параболической скоростью — около двух суток, а при превышении параболической на 500 м/сек — примерно одни сутки.

Один из наиболее ответственных этапов полета к Луне — это сближение космического аппарата с Луной. Поэтому время полета к Луне выбирают так, чтобы момент сближения был хорошо виден с наземных пунктов управления и наблюдения за полетом. При прямом старте к Луне с территории Советского Союза или старте с первого витка орбиты спутника Земли это требование будет выполнено только в том случае, если продолжительность полета кратна полусуткам, т. е. равна полусуткам, полутора суткам, двум с половиной суткам и т. д. Не случайно поэтому время полета автоматической станции «Луна-2» составляло примерно полутора суток, а в последующих пусках к Луне оно составляло либо 3,5 суток, либо 4,5 суток.

Источник

Сколько времени занимает полет на Луну

Узнать, сколько лететь до Луны от Земли, люди хотели во времена, когда покорение космоса даже не начиналось. Впервые исследовательский аппарат отправился к нашему спутнику в 1959 г., а человек высадился на его поверхность в 1969 г.

Расстояние от Луны до Земли

Луна является спутником Земли и вращается вокруг нее по приплюснутой орбите, напоминающей по форме эллипс. Из-за этого расстояние, на которое спутник удален от нашей планеты, меняется в зависимости от его месторасположения.

Оно варьируется от 356 тыс. до 404 тыс. км. Ближайшая точка, когда Луна максимально подходит к Земле, называется перигеем, а наиболее отдаленная — апогеем. Средняя дистанция от нашей планеты составляет 385 тыс. км.

Чтобы представить себе это расстояние, достаточно знать, что путь на машине до спутника Земли занял бы около 160 дней при условии, что ехать она будет со скоростью 100 км/ч. Пешком без остановок пришлось бы идти 6,5-7,5 лет, чтобы преодолеть указанное количество километров.

Выяснить, как добраться до Луны, несложно. Попасть на нее можно только на космическом корабле. Но уже более 40 лет полеты не осуществляются.

На каких аппаратах осуществляются полеты

За всю историю освоения космоса на Луну летали многократно. Первым аппаратом, который отправился в сторону спутника, была советская межпланетная станция «Луна-1». Она пролетела в 6 тыс. км от его поверхности.

Удачными были полеты серий таких аппаратов:

Запуск автоматических межпланетных станций «Луна» производился 33 раза, из них удачными оказались только 16. В рамках миссии «Аполлон» было запущено 15 космических кораблей с астронавтами.

Самым технологичным считается полет на аппарате EKA SMART-1 с ионным двигателем. Он был запущен в сентябре 2003 г., а цели достиг спустя 410 дней. За это время было использовано всего 82 кг топлива.

Необходимая скорость

Космический объект сможет преодолеть земное притяжение и покинуть орбиту, если его скорость будет больше второй космической. Для Земли она составляет 11,2 км/с. Если тело удалось запустить с указанной или более высокой скоростью, то оно не упадет обратно.

После достижения аппаратом 2-й параболической (космической) скорости двигатели отключаются, в разреженном пространстве он может лететь за счет инерции. Но при приближении к Луне скорость увеличивается за счет гравитации. На этом этапе важно начать торможение, иначе запущенный космический объект разобьется о поверхность Луны.

Впервые развить вторую параболическую скорость удалось советскому аппарату «Луна-1». Рекордом считается скорость спутника «Плутон». При запуске ему придали ускорение 58 тыс. км/ч, чтобы он смог преодолеть земную гравитацию. Это позволило сократить сроки полета к Луне до минимума.

Технические характеристики

Технические данные космических кораблей различаются. В автоматических беспилотных станциях устанавливаются солнечные батареи в качестве источника электроэнергии.

В приборном отсеке поддерживают такую температуру, при которой все устройства могут работать без сбоев. На аппаратах устанавливают бортовую астроинерциальную систему навигации, астрокорректор для сбора и обработки полученных астрономических данных, гиродины для коррекции функционирования двигателей.

Американские аппараты «Аполлон» отличались от беспилотных кораблей, их использовали для полетов астронавтов в космос. Состояли корабли серии «Аполлон» из командного и служебного отсеков, лунного модуля и переходников крепления.

Ракета-носитель «Сатурн-5», предназначавшаяся для высадки людей на лунной поверхности, входила в миссию «Аполлон-11» и состояла из 3 ступеней, в каждой из которых было горючее и жидкий кислород в качестве окислителя.

Время работы двигателей первой ступени — 160 секунд. Она разгоняла аппарат до 2,7 км/с и на высоте 100 км от поверхности Земли падала в океан.

На дистанцию 185 км ракету выводила вторая ступень. Время ее работы — 6 минут, за указанный промежуток аппарат достигал скорости 6,84 км/с. Запуск объекта на околоземную орбиту и на траекторию к Луне осуществлялся путем 2-этапного запуска третьей ступени.

Сколько в среднем занимает полет

Первый спутник «Луна-1» смог добраться до космического объекта за 36 часов. Он не приземлялся на лунную поверхность, а пролетел в 6 тыс. км от нее.

Спутник из Китая Chang’e-1, который был оснащен стандартными ракетными двигателями, долетел до Луны за 5 дней. Но перед этим он провел 1 неделю на околоземной орбите, чтобы дождаться верных координат отправки.

Ракета «Сатурн-5» из миссии «Аполлон 11» с астронавтами на борту смогла попасть на поверхность Луны за 3 дня. Лунный модуль корабля совершил посадку в Море Спокойствия. После этого было отправлено несколько аппаратов «Аполлон», которые прилунялись, проводили исследования и собирали лунные породы для анализа.

Самым быстрым оказался полет спутника «Плутон». Он достиг Луны за 8 часов 35 минут. Запустили его в рамках проекта «Новые горизонты» от NASA.

Корабли «Аполлон» добирались до орбиты или поверхности спутника за 3-4 дня. При разгоне аппарата до 2-й параболической скорости и ее сохранении в безвоздушном пространстве достаточно 10 часов для того, чтобы с Земли попасть на Луну.

Источник

Скорость полета космического корабля до луны

Главная
Новости
Фото/Видео
- Фото
- Видео
BLOG
- Авиация и кино
- Военная авиация
- Авиация и музыка
- Авиация и литература
- Авторские статьи
- Стюардессы
- Полезная информация
- Авиа юмор
- Статьи
- Календарь
- Обзоры полетов
- Вероятность катастрофы
- Онлайн табло
- Расчет расстояния
- Биржа акций
- Сравнение авиатехники
- Разговоры в кабине пилотов
- Узнать самолет по номеру рейса
Энциклопедия
- Авиация и кино
- Военная авиация
- Гражданская авиация
- Авиация и литература
- Полезная информация
- Вертолеты
- Летчики
- Заводы
- Учебные заведения
- Униформа
- Авиа игры
- Агрегаты и узлы авиа техники
- Авиакатастрофы
- Арсенал
- Боевые самолеты
- Беспилотные л.а.
Статьи
Самолёты
Аэропорты
Вертолеты
Авиакомпании
Авиабилеты

Вы здесь

Космос с давних времен интересовал человечество. Таинственный, неизведанный и далекий: возможности космических путешествий, а также открытие новых далеких миров всегда волновали человека. Ближайшим небесным телом к Земле является Луна, поэтому нет ничего удивительного в том, что еще на начальном этапе освоения космоса человек пытался попасть именно на это небесное тело. Ниже мы расскажем вам, сколько времени лететь до Луны и затронем такую интересную тему, как ее основание.

История освоения космоса

Первым отправить человека в космос смог Советский Союз, обогнав в этом плане США. В ответ штаты стали работать над развитием собственной лунной программы, которая подразумевает изначально орбитальные облеты спутника и в дальнейшем и высадку людей на Луну.

Сколько денег ушло на эту программу рассчитать невозможно. Эксперты отмечают, что в реализация этой программы в сопоставимых ценах оценивается в 500 млрд $. НАСА специально для этих полетов разработало ракету Сатурн 5, которая могла добраться до Луны за три-четыре дня. На те времена это была самая мощная ракета, которая способна покорять большие расстояние в несколько сотен тысяч километров от Земли до нашего спутника в максимально сжатый срок.

Первый человек, который ступил на поверхность Луны – американец Нил Армстронг. В 1969 году в составе миссии Аполлон 11 сумел посадить лунный модуль недалеко от моря Спокойствия. В дальнейшем было выполнено несколько американских пилотируемых миссий. Около десятка космонавтов побывали на Луне, которые провели многие исследования и смогли привести на Земле больше 20 кг лунного грунта.

Через несколько лет интерес к Луне пропал, и было решено свернуть дорогую программу полетов. Подобное объясняется дороговизной пилотируемых самолетов, поэтому в Советском Союзе и США решили сконцентрировать свое внимание на строительстве орбитальных станций на орбите земли и околоземном исследовании космоса. Летать на орбиту Земли было дешевле и проще, а создание орбитальной станции позволило сделать серьезный толчок в освоении космоса.

Однако интерес к далеким полетам пропал практически на 30 лет. Только сегодня, когда человечество задумалось о колонизации и исследовании Марса, к нашему спутнику вновь появился интерес. Луну использовали в качестве перевалочной базы для межпланетных перелетах на дальних расстояниях. Человечество сделало серьезный шаг вперед в сфере ракетостроения, что позволило не просто удешевить такие полеты, но и сделать их безопаснее и быстрее.

История покорения:

Советский исследовательский аппарат первый раз достиг Луны – 1959 год.
Первая успешная посадка на Луне – 1966 год.
Высадка экспедиции Нила Армстронга – 1969 год.
Последний на сегодня полет человека на Луну – 1972 год.

Расстояние до Луны

Луна вращается вокруг Земли по немного приплюснутой эллиптической орбите. По этой причине расстояние от Земли до спутника может варьироваться от 355 до 404 тыс. км. Многим из нас тяжело представить такие расстояние. Сколько понадобится времени, чтобы преодолеть этот путь?

На автомобиле со средней скоростью около 100 км в час, можно было бы добраться до спутника Земли за 160 дней.
Если идти пешком, то понадобилось бы девять лет непрерывной ходьбы.
На самолете, который может разогнаться до 800 километров в час, лететь пришлось бы около двадцати дней.
На космическом корабле Аполлон, скорость которого в несколько тысяч километров в час, можно было добраться до Луны за 72 часа.
Современный космический аппарат может долететь до луны за 9 часов.

Полет на Луну на современных ракетах, теоретически не представляет особой сложности, несмотря на большое расстояние в 380-400 тыс. км. Не нужно подбирать время для старта ракетоносителя, так как максимальное и минимальное расстояние до Луны не столь велико. Продолжительность таких перелетов – всего лишь несколько дней, что позволяет разрешить проблемы радиации в космосе, которая при вспышках на Солнце только увеличивается.

Тяжелые современные ракетоносители, которые создавались специально для полета на Марс, также могли бы использоваться для перелетов до Луны и в обратную сторону. В этом случае полет на расстоянии в 400 тыс. км занял бы примерно 15-17 часов только в одну сторону. Единственная тонкость подобных полетов заключалась в том, что нужно изначально обустроить лунную базу, где бы приземлялись спускаемые модули, что и позволило бы осуществлять исследование Луны и даже жить на базе на протяжении определенного времени.

Перспективы исследовательских миссий и дальних полетов

Споры о целесообразности исследования спутника Земли и полетов на него не утихают и по сегодняшний день. Если изначально на первых этапах освоения и покорения космоса к таким полетам был серьезный интерес, даже несмотря на большое расстояние, то со временем, стало понятно, что обустройство базы на Луне – бесперспективно. Спутник не имел каких-то полезных ископаемых, что и делало дорогие полеты на Луну бессмысленными.

Но сегодня, когда человечество задумалось о полетах на Марс и колонизации Красной планеты, на некоторое время Луна смогла бы стать перевалочной базой, что существенно упростило бы дальние межпланетные перелеты. Фактически наш спутник может стать испытательным полигоном, что и позволит в будущем заселять Марс и прочие пригодные для жизни планеты.

Параллельно с развитием технологий полеты к естественному спутнику Земли существенно упростились, а обустройство на нем орбитальной базы уже не кажется чем-то нереальным. Лететь до Луны стало намного безопаснее и проще. Подобные перелеты в ближайшие 10 лет, несмотря на расстояние до Луны практически в 400 тыс. километров, станут обыденным делом, а человек вновь вернутся к исследованию дальнего радиуса Земли.

Источник