Ракеты и полеты в космос

Весьма возможно, что если будет принято и осуществлено предложение Национального консультативного комитета по авиации (НАКА), то при одном пуске удастся получить не два, а целых три спутника. Это может быть сделано за счет установки в ракете-носителе так называемого «подспутника», представляющего собой сложенный пластмассовый воздушный шар, покрытый алюминиевой фольгой и имеющий диаметр основного спутника (50 см). В этом воздушном шаре предполагается установить небольшой газовый капсюль, который наполнит шар после его отделения от ракеты-носителя.

Орбита искусственного спутника Земли должна быть эллиптической. Самой низкой точкой ее (перигей) будет то место, где произойдет выгорание топлива в двигателе третьей ступени. Так как высота перигея и высота при полном выгорании топлива одинаковы, определить расстояние до перигея довольно легко. Самая высокая точка орбиты (апогей) расположена в прямо противоположном направлении от перигея. По предварительным расчетам по проекту «Авангард» высота спутника в апогее равнялась 1300 км, но в дальнейшем эта цифра была увеличена до 2000 км.

Двигаясь вокруг Земли по орбите, спутник, «подспутник» и третья ступень (ракета-носитель) совершают полный оборот примерно за 90 минут. За это время сама Земля успевает повернуться на какой-то угол вокруг своей оси. В результате этого проекция спутника на поверхности земного шара приобретает вид сложной кривой, смещающейся при каждом обороте (рис. 61).

Рис. 61. Схема движения спутника «Авангард» в проекции на поверхность Земли. Вследствие вращения Земли спутник смещается при каждом обороте на 25° к западу.  Сплошной линией показан первый, штриховой -  второй и пунктирной -  третий оборот. Цифрами отмечены основные наблюдательные станции для слежения за спутником:

1- Гавайские острова, 2 -  Уайт Сэндз, 3 -  Флорида, 4 -  Кюрасао, 5 -  Apекипa (Перу), 6- Кордова (Аргентина), 7 -  Кадикс (Испания), 8 -  Блюмфонтейн (Южная Африка), 9 -  Тегеран, 10 - Индия, 11 -  Австралия, 12 -  Япония

Каждый раз, когда спутник подходит к перигею, он встречается с верхними слоями атмосферы. Это вызывает увеличенное лобовое сопротивление, в силу чего кинетическая энергия спутника несколько снижается. Поэтому спутник с каждым новым оборотом вокруг Земли приближается к ней. Причем не только в перигее, но и в апогее (рис. 62). Уменьшение величины орбиты спутника происходит последовательно, и в конце концов орбита приближается по виду к кругу. Однако фактически круг может даже и не возникнуть, так как орбита продолжает сокращаться, превращаясь в спиральную траекторию, по которой спутник входит в более плотные слои атмосферы. Здесь под воздействием аэродинамического нагрева спутник сгорает и испаряется.

Рис. 62. Сокращение орбиты искусственного спутника Земли

Эксцентриситет орбиты, величина ее сокращения и размеры земной атмосферы для наглядности увеличены. Справа вверху -  действительный эксцентритет орбиты с перигеем в 320 км и апогеем в 2560 км от Земли

Пока еще невозможно определить время существования искусственного спутника Земли. Спутник с высотой перигея порядка 320 км может просуществовать и несколько недель и целый год[45]. Нельзя также точно сказать, на какой высоте спутник сгорит. По-видимому, это произойдет на высоте свыше 50 км. а может быть, и еще выше. Интенсивность уменьшения орбит третьей ступени (ракеты-носителя) спутника и «подспутника» будет различной, так как они будут иметь различные массы (спутник-до 10кг, а «подспутник» менее 220 г). Логически скорость «подспутника» должна снижаться быстрее, ибо он обладает меньшей кинетической энергией. Третья ступень отличается от спутника не только массой, но и формой, что позволяет, сравнивая их поведение на орбите, получить данные о плотности атмосферы на высоте перигея.