Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
времени оказывается в зените, т. е. над головой наблюдателя х). Форма трассы определяется главным образом наклонением орбиты и периодом обращения. Благодаря тому, что трасса вычерчивается спутником на вращающейся Земле, угол пересечения трассой экватора всегда отличается от наклонения орбиты. В частности, для полярных орбит он не равен 90° (при пересечении экватора проекция спутника отклоняется к западу).
Для спутников с низкими орбитами и прямым движением (наклон меньше 90°) трасса напоминает синусоиду, многократно опоясывающую земной шар. Эта форма трассы всем хорошо известна со времени запуска первого искусственного спутника Земли, и мы
Рнс. 32. Трассы спутников с круговыми орбитами при наклоне 65° н периодах обращения;
а) 20 ч; б) 30 ч [2.1].
ее не приводим. На подобных трассах движение всюду направлено к северо-востоку или юго-востоку, а в крайних северных и южных точках — на восток.
Дело обстоит иначе при больших периодах обращения. Даже при движении спутника в сторону вращения Земли его проекция может отставать от вращения Земли (особенно вблизи экватора, где линейная скорость точек поверхности больше), и тогда движение по крайней мере на части трассы будет происходить в западном направлении (рис. 32) [2.U.
Спутник связи, а также спутник для исследования земной поверхности часто запускаются на кратно-периодические орбиты (их иногда называют также синхронными), т. е. орбиты с периодом обращения, почти соизмеримым со временем одного оборота Земли вокруг оси (звездные сутки 23 ч 56 мин 4 с). «Почти» объясняется прецессией орбиты: если бы поле тяготения Земли было центральным, то выбирался бы период, в точности соизмеримый звездным суткам. Трассы таких спутников представляют собой замкнутые
х) Утверждая это, мы пренебрегаем несферичностью Земли и связанным с нею отклонением вертикали, указывающей направление на зенит, от радиальной прямой, Это отклонение максимально на широте 45°, где оно равно 1Г34". § 8. ДВИЖЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Ю9
линии, так что над любой точкой трассы спутник появляется периодически и вовсе не появляется над ограниченными областями, «лежащими в стороне». Пример — спутник связи «Молния-1» [2.4J.
Частным случаем синхронного спутника является суточный спутник — с периодом обращения, равным звездным суткам. В случае, если его орбита круговая, ее средняя высота (Земля сплюснута у полюсов!) должна составлять 35 793 км (радиус орбиты 42 164 км). Круговая скорость на этой высоте 3075 м/с.
Рнс. 33. Трассы суточных спутников с круговыми орбитами [2.8].
На рис. 33 показаны трассы пяти суточных спутников с круговыми орбитами, обладающими наклонами 60, 40 и 20°. Эти трассы-«восьмерки» не опоясывают земной шар, а лежат на одной его стороне (при обратном движении дело бы обстояло иначе) [2.81.
Наконец, частным и чрезвычайно важным в практическом отношении случаем суточного спутника является стационарный спутник, круговая орбита (с прямым обращением) которого лежит в плоскости экватора. Трасса такого спутника вырождается в точку на экваторе. Стационарный спутник неподвижен в системе отсчета, связанной с вращающейся Землей. С учетом размера экваториального вздутия (но без учета его притяжения) высота стационарной орбиты над земной поверхностью равна 35 786 км.
Описывая трассы спутников, мы считали их движение невозмущенным. Наиболее существенно на трассах низких спутников сказываются возмущения от несферичности Земли. Стационарный спутник должен фактически иметь орбиту радиуса, превышающего по гл. 4. движение искусственных спутников земли
42 164 км, так как благодаря экваториальному вздутию Земли он, находясь на орбите указанного радиуса, обгонял бы поверхность Земли. Он также должен совершать долготные колебания благодаря тому, что Земля, помимо того, что сплюснута у полюсов, имеет также «поперечное» сжатие (экваториальное сечение Земли представляет собой не круг, а эллипс), и испытывать сравнительно сильное возмущающее влияние притяжений Солнца и Луны. Поэтому стационарные спутники снабжаются корректирующими двигательными установками, которые должны их удерживать над определенными пунктами экватора. С этой целью на американских стационарных спутниках используются электрические двигатели. Глава 5
АКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ОКОЛОЗЕМНОМ
ПРОСТРАНСТВЕ
§ 1. Выведение спутника на орбиту с низким перигеем
При выведении спутника на орбиту ракета-носитель обычно сообщает ему начальную скорость после пересечения плотных слоев атмосферы на высоте, не меньшей 140 км. В момент, когда достигнута необходимая орбитальная скорость, двигатель последней ступени ракеты-носителя выключается. Далее от этой ступени могут отделяться один или несколько искусственных спутников, предназначенных для разных целей. В момент отделения спутник получает небольшую дополнительную скорость. Поэтому начальные орбиты спутника и последней ступени ракеты-носителя всегда несколько отличаются между собой.
Помимо одного или нескольких спутников с той или иной аппаратурой и последней ступени ракеты-носителя, обычно на близкие орбиты выводятся и некоторые детали, например части носового обтекателя, защищающего спутник при прохождении плотных слоев атмосферы, и т. п.
