Когда речь заходит об искусственных спутниках или межпланетных кораблях, нередко говорят, что для их полета надо преодолеть (побороть) силу притяжения земли. Верно ли это? Является ли сила тяготения нашим противником в этом деле? Отчасти да. И да, и нет.
При запуске корабля с Земли — сила тяжести выступает в качестве противника.
Конечно, чтобы взлететь с Земли и не упасть на нее обратно (при запуске), надо вырваться из оков ее притяжения. И тут оно является нашим противником.
При полете в Космосе — сила тяжести является помощником человека.
Но вот спутник или межпланетный корабль выведен на орбиту и ему сообщена вся огромная скорость, необходимая для полета в Космос. Он стал самостоятельным небесным телом и устремился в свой дальнейший полет. И теперь уже сила тяготения Земли или других небесных тел, к которым летит корабль, перестала быть нашим противником. Наоборот, она стала нашим верным другом и надежным помощником. Она не мешает, а помогает и служит нам. Ведь искусственный спутник или космическая ракета движутся теперь по закону всемирного тяготения – так же, как Земля, Луна и другие естественные небесные тела – по определенной орбите, которая зависит от действия сил притяжения, а также от скорости, с которой движутся спутники или ракеты.
Когда нужно включать двигатель космического аппарата в космосе?
С этим связан и другой вопрос: надо ли затрачивать энергию для движения искусственных спутников и межпланетных кораблей? Нужна ли работа двигателя и расход горючего? Смотря когда и для чего. При запуске в Земли, когда надо преодолеть ее притяжение и разогнать ракету до большой скорости, необходима затрата огромной энергии, работа очень мощного двигателя и расход большого количества горючего. Когда же космическая скорость уже получена и спутник или межпланетный корабль выведен на орбиту – когда он стал самостоятельным небесным телом и полетел дальше по закону всемирного тяготения, — двигатель выключается и никакой затраты энергии, расхода горючего больше не нужно.
По закону тяготения, без работы двигателя и затраты энергии спутник может сделать тысячи оборотов вокруг Земли, а межпланетный корабль пролететь в мировом пространстве десятки и сотни миллионов километров. Однако и в дальнейшем полете могут встретиться задачи, для решения которых понадобится включать двигатель и затрачивать энергию, расходовать горючее. Это придется делать каждый раз, когда мы будем изменять установившееся движение по определенной орбите, происходящее по закону тяготения.
При изменении скорости и направления полета.
Вот, например, межпланетный корабль приближается к Луне или Марсу. Чтобы получше понаблюдать их интересную природу с близкого расстояния, было бы очень полезно на некоторое время превратить корабль в искусственный спутник этих тел. Облететь вокруг Луны или Марса столько раз, сколько потребуется для научных наблюдений, а затем направить корабль обратно к Земле, по удлиненному эллипсу. Но для этого надо изменять орбиту, нарушать прежнее движение по закону тяготения и переводить корабль на новую орбиту: с удлиненного эллипса, огибающего Землю и Луну, на круговой путь спутника Луны, а с него потом опять на эллипс, возвращающий к Земле. При этом придется изменять как скорость, так и направление движения. А для этого понадобится затрачивать энергию, включать двигатель и расходовать горючее.
Чтобы перейти на орбиту спутника Луны или Марса, необходимо точно рассчитать ее по закону всемирного тяготения и соответственно этому включать на время двигатель. Скорость, с которой придется лететь вокруг небесного тела, будет зависеть от его массы и от расстояния, на котором мы захотим летать вокруг него. У Луны масса и сила притяжения меньше, чем у Земли, и для движения вокруг нее потребуется сравнительно небольшая скорость. У Марса масса и сила притяжения больше, чем у Луны, у Венеры они еще больше, и, чтобы стать их спутниками, нужна соответственно большая скорость. Но она будет зависеть и от расстояния. Космические путешественники смогут сперва полетать вокруг Луны дальше от ее поверхности, чтобы окинуть взором более широкие панорамы, а потом перейти на новую орбиту, ближе к поверхности, и лучше рассмотреть ее мелкие детали. Здесь придется лететь с большей скоростью. Для перевода спутника Луны на другую орбиту тоже понадобится временно включить двигатель.
При посадке на поверхность планеты и взлете с нее.
Дальнейшей задачей станет посадка на Луну. Чтобы безопасно «прилуниться», нужно будет затормозить корабль – уменьшить и свести на нет его огромную скорость. Атмосферы у Луны нет – значит, использовать сопротивление воздуха там нельзя. А для работы реактивных тормозов также понадобится затрата энергии, работа двигателя и расход горючего.
А потом придется взлететь с Луны, разогнать корабль и вывести его на нужную орбиту для возвращения к Земле. И снова нужны энергия, двигатель, горючее. Правда, для взлета с Луны, для преодоления в 6 раз меньшей силы ее притяжения, понадобится и скорость в 6 раз меньшая, чем для запуска ракеты с Земли, — всего около 2 км/сек, а значит, и меньшая затрата энергии. Чтобы взлететь с Марса, а тем более с Венеры, для преодоления их притяжения (снова ставшего нашим противником) нужно будет развить большую скорость и израсходовать больше горючего.
В конце путешествия, возвращаясь на Землю, надо будет совершить безопасную посадку, а для этого очень сильно затормозить корабль. Здесь можно применить два способа торможения: использовать сопротивление воздуха или с помощью реактивных устройств направить струю газа не назад, а вперед. Первый способ «бесплатный» в смысле расхода горючего, но в нем есть немалые трудности. Второй же требует затраты большого количества горючего. Задача торможения и посадки на Землю уже успешно решена современными космонавтами.
Вы видите, как сложно сочетаются в межпланетном полете «пассивные» и «активные» части пути (движение без двигателя, по закону тяготения, и движение с работой двигателя), как сила тяготения становится то нашим верным другом-помощником, то врагом. Для «активных» участков полета понадобится много горючего.
Так человек использует действие закона всемирного тяготения. Он направляет его действие в нужную для себя сторону и заставляет служить своим целям.
Это была статья о том, является ли сила тяжести врагом или другом человека при осуществлении полетов космических аппаратов. Далее читаем: Скорость движения планет Солнечной системы.