Uzay aracı uçuşları büyük enerji tüketimi gerektirir. Örneğin, fırlatma rampasında duran ve fırlatılmaya hazır olan Soyuz fırlatma aracı, 270 tondan fazlası yakıt, yani aslan payı olan 307 ton ağırlığındadır. Dış uzayda hareket için çılgınca miktarda enerji harcama ihtiyacı, büyük ölçüde güneş sisteminin uzak noktalarına hakim olmanın zorluklarıyla ilgilidir.
Maalesef bu yönde teknik bir atılım henüz beklenmiyor. İtici gaz kütlesi, uzay görevlerini planlamada kilit faktörlerden biri olmaya devam ediyor ve mühendisler, cihazın çalışmasını uzatmak için yakıt tasarrufu yapmak için her fırsatı değerlendiriyor. Yerçekimi manevraları paradan tasarruf etmenin bir yoludur.
Uzayda nasıl uçulur ve yerçekimi nedir
Cihazı boşlukta (pervane, tekerlek veya başka herhangi bir şeyle itmenin imkansız olduğu bir ortam) hareket ettirme ilkesi, Dünya'da yapılan tüm roket motorları için aynıdır. Bu jet itişidir. Yerçekimi bir jet motorunun gücüne karşı çıkıyor. Fizik yasalarına karşı bu savaş kazanıldı1957'de Sovyet bilim adamları. Tarihte ilk kez, ilk kozmik hızı (yaklaşık 8 km / s) elde eden insan eliyle yapılmış bir cihaz, Dünya gezegeninin yapay bir uydusu haline geldi.
80 kg'ın biraz üzerindeki bir cihazı düşük Dünya yörüngesine fırlatmak için yaklaşık 170 ton demir, elektronik, saflaştırılmış gazyağı ve sıvı oksijen gerekiyordu.
Evrenin tüm yasaları ve ilkeleri arasında yerçekimi, belki de ana olanlardan biridir. Temel parçacıkların, atomların, moleküllerin düzenlenmesinden başlayıp galaksilerin hareketine kadar her şeyi yönetir. Aynı zamanda uzay araştırmalarının önünde bir engeldir.
Sadece yakıt değil
İlk yapay Dünya uydusunun piyasaya sürülmesinden önce bile, bilim adamları başarının anahtarının yalnızca roketlerin boyutunu ve motorlarının gücünü artırmanın olmayacağını açıkça anladılar. Araştırmacılar, dünya atmosferinin dışındaki yakıt tüketen uçuşların ne kadar yakıt tükettiğini gösteren hesaplamaların ve pratik testlerin sonuçlarıyla bu tür hileleri aramaya yönlendirildi. Sovyet tasarımcıları için bu tür ilk karar, kozmodromun inşası için yer seçimiydi.
Açıklayalım. Dünya'nın yapay bir uydusu olmak için roketin 8 km/s hıza çıkması gerekiyor. Ancak gezegenimizin kendisi sürekli hareket halindedir. Ekvatorda bulunan herhangi bir nokta saniyede 460 metreden fazla bir hızla döner. Böylece, sıfır paralel alanında havasız uzaya fırlatılan bir roket kendi içinde olacaktır.saniyede neredeyse yarım kilometre bedavaya sahip olun.
Bu nedenle, SSCB'nin geniş alanlarında güneye doğru bir yer seçildi (Baykonur'da günlük dönüş hızı yaklaşık 280 m/s'dir). Yerçekiminin fırlatma aracı üzerindeki etkisini az altmayı amaçlayan daha da iddialı bir proje 1964'te ortaya çıktı. İtalyanlar tarafından iki sondaj platformundan monte edilen ve ekvatorda bulunan ilk deniz kozmodromu "San Marco" idi. Daha sonra bu ilke, bugüne kadar ticari uyduları başarıyla fırlatan uluslararası Deniz Fırlatma projesinin temelini oluşturdu.
İlk kimdi
Ya derin uzay görevleri? SSCB'den bilim adamları, uçuş yolunu değiştirmek için kozmik cisimlerin yerçekimini kullanmanın öncüleriydi. Doğal uydumuzun arka yüzü, bildiğiniz gibi, ilk olarak Sovyet Luna-1 cihazı tarafından fotoğraflandı. Ayın etrafında uçtuktan sonra, cihazın kuzey yarımküre tarafından kendisine döndürülmesi için Dünya'ya geri dönmek için zamana sahip olması önemliydi. Sonuçta, bilgilerin (alınan fotoğraf görüntüleri) insanlara iletilmesi gerekiyordu ve izleme istasyonları, radyo anten çanakları tam olarak kuzey yarımkürede bulunuyordu.
Amerikalı bilim adamları tarafından uzay aracının yörüngesini değiştirmek için yerçekimi manevralarını kullanmayı daha az başarılı bir şekilde başaramadı. Gezegenler arası otomatik uzay aracı "Mariner 10", Venüs yakınlarında bir uçuştan sonra, daha düşük bir çevresel yörüngeye girmek için hızını az altmak zorunda kaldı veMerkür'ü keşfedin. Bu manevra için motorların jet itiş gücünü kullanmak yerine, Venüs'ün yerçekimi alanı aracın hızını yavaşlattı.
Nasıl çalışır
Isaac Newton tarafından deneysel olarak keşfedilen ve doğrulanan evrensel yerçekimi yasasına göre, kütlesi olan tüm cisimler birbirini çeker. Bu çekiciliğin gücü kolayca ölçülür ve hesaplanır. Hem her iki cismin kütlesine hem de aralarındaki mesafeye bağlıdır. Ne kadar yakın, o kadar güçlü. Üstelik bedenler birbirine yaklaştıkça çekim kuvveti katlanarak artıyor.
Şekil, büyük bir kozmik cismin (bir gezegenin) yakınında uçan uzay aracının yörüngelerini nasıl değiştirdiğini göstermektedir. Ayrıca, devasa nesneden en uzağa uçan 1 numaranın altındaki cihazın hareketinin seyri çok az değişir. 6 numaralı cihaz hakkında ne söylenemez. Planetoid uçuş yönünü önemli ölçüde değiştirir.
Yerçekimi askısı nedir? Nasıl çalışır
Yerçekimi manevralarının kullanılması, yalnızca uzay aracının yönünü değiştirmeye değil, aynı zamanda hızını da ayarlamaya olanak tanır.
Şekil, genellikle onu hızlandırmak için kullanılan bir uzay aracının yörüngesini göstermektedir. Böyle bir manevranın çalışma prensibi basittir: yörüngenin kırmızı ile vurgulanan bölümünde, cihaz ondan kaçan gezegeni yakalıyor gibi görünüyor. Çok daha büyük kütleli bir cisim, daha küçük bir cismi yerçekimi kuvvetiyle çeker ve onu dağıtır.
Bu arada, sadece uzay gemileri bu şekilde hızlandırılmıyor. Yıldızlara bağlı olmayan gök cisimlerinin galakside büyük bir güçle dolaştığı biliniyor. Bunlar hem nispeten küçük asteroitler (bu arada, biri şu anda güneş sistemini ziyaret ediyor) ve uygun büyüklükteki gezegenler olabilir. Gökbilimciler, daha az kütleli nesneleri sistemlerinden dışarı atan ve onları boş uzayın buz gibi soğuğunda sonsuz gezinmelere mahkum eden şeyin yerçekimi sapanı, yani daha büyük bir kozmik cismin etkisi olduğuna inanıyor.
Nasıl yavaşlanır
Ancak, uzay aracının yerçekimi manevralarını kullanarak, hareketlerini yalnızca hızlandırmakla kalmaz, aynı zamanda yavaşlatabilirsiniz. Böyle bir frenleme şeması şekilde gösterilmiştir.
Yörüngenin kırmızıyla vurgulanan bölümünde, yerçekimi sapanlı varyantın aksine gezegenin çekiciliği cihazın hareketini yavaşlatacaktır. Sonuçta, yerçekimi vektörü ve geminin uçuş yönü zıttır.
Ne zaman kullanılır? Esas olarak, çalışılan gezegenlerin yörüngelerine otomatik gezegenler arası istasyonları başlatmak ve ayrıca güneşe yakın bölgeleri incelemek için. Gerçek şu ki, Güneş'e doğru hareket ederken veya örneğin yıldıza en yakın Merkür gezegenine doğru hareket ederken, herhangi bir cihaz, frenleme önlemleri almazsanız, ister istemez hızlanır. Yıldızımızın inanılmaz bir kütlesi ve muazzam bir çekim gücü var. Aşırı hız kazanan bir uzay aracı, güneş ailesinin en küçük gezegeni olan Merkür'ün yörüngesine giremeyecek. Gemi sadece kayacakküçük Merkür yeterince sert çekemez. Motorlar frenleme için kullanılabilir. Ancak Güneş'e, örneğin Ay'a ve ardından Venüs'e giden bir yerçekimi yörüngesi, roket tahrikinin kullanımını en aza indirecektir. Bu, daha az yakıta ihtiyaç duyulacağı ve serbest ağırlığın ek araştırma ekipmanını barındırmak için kullanılabileceği anlamına gelir.
İğnenin deliğine gir
İlk yerçekimi manevraları çekingen ve tereddütle yapılırken, en son gezegenler arası uzay görevlerinin rotaları neredeyse her zaman yerçekimi ayarlamaları ile planlanır. Mesele şu ki, bilgisayar teknolojisinin gelişmesi ve ayrıca güneş sisteminin gövdeleri, özellikle kütleleri ve yoğunlukları hakkında en doğru verilerin mevcudiyeti sayesinde astrofizikçiler daha doğru hesaplamalara sahipler. Ve yerçekimi manevrasını son derece doğru bir şekilde hesaplamak gerekiyor.
Yani, gezegenden gerekenden daha uzağa bir yörünge çizmek, pahalı ekipmanların planlandığı yere uçmayacağı gerçeğiyle doludur. Ve kütlenin hafife alınması, geminin yüzeyle çarpışmasını bile tehdit edebilir.
Manevralarda şampiyon
Bu, elbette, Voyager görevinin ikinci uzay aracı olarak kabul edilebilir. 1977'de piyasaya sürülen cihaz, şu anda yerel yıldız sisteminden ayrılarak bilinmeyene doğru ilerliyor.
Çalışması sırasında cihaz Satürn, Jüpiter, Uranüs ve Neptün'ü ziyaret etti. Uçuş boyunca, geminin yavaş yavaş uzaklaştığı Güneş'in çekiciliği üzerinde hareket etti. Ancak, iyi hesaplanmış yerçekimi sayesindemanevralar, gezegenlerin her biri için hızı azalmadı, ancak büyüdü. Keşfedilen her gezegen için rota, yerçekimi sapan prensibi üzerine inşa edildi. Yerçekimi düzeltme uygulaması olmasaydı, Voyager onu bu kadar uzağa gönderemezdi.
Gezginlerin yanı sıra, Rosetta veya Yeni Ufuklar gibi iyi bilinen görevleri başlatmak için yerçekimi manevraları kullanıldı. Böylece Rosetta, Churyumov-Gerasimenko kuyruklu yıldızını aramaya başlamadan önce, Dünya ve Mars'ın yakınında 4 hızlanan yerçekimi manevrası yaptı.
