Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Но вот между AA и ПА осталось несколько сот метров. Относительная скорость составляет несколько метров в секунду. Как теперь ни двигаться до цели, с какого-то момента нужно начать торможение, чтобы во-время остановиться, причем сделать это вплотную к ПА было бы рискованно. В конечном счете причаливани осуществляется со скоростью в несколько десятков сантиметров в секунду. На последнем участке в несколько сот метров действуют химические двигатели малой тяги.
Эксперименты со спутниками «Космос-186» и «Космос-188» (30 октября 1967 г.), «Космос-212» и «Космос-213» (15 апреля 1968 г.), сближения между собой кораблей серии «Союз» и сближения ко- § 7. КОНЕЧНОЕ СБЛИЖЕНИЕ И СТЫКОВКА
135
раблей «Союз» со станциями «Салют» происходили по методу параллельного наведения [2.14].
Каков бы ни был метод сближения, управление активным аппаратом может быть как автоматическим, так и ручным. Оно может быть также полуавтоматическим, когда вычислительное устройство выступает в роли советчика пилота.
Автоматически сближались аппараты «Космос» с расстояний 24 и 5 км.
Корабли «Союз» могут сближаться полностью автоматически или с использованием ручного управления на конечном участке (с расстояния менее 300 м).
Рис. 43. Корабли «Союз» и «Аполлон» непосредственно перед контактом: 1 — служебный отсек, 2 — командный отсек, 3 — стыковочный модуль, 4 — совместимое стыковочное устройство, 5 — орбитальныйл отсек, 6 — спускаемый аппарат, 7 — приборно-агрегатный отсек.
Скорости сближения в момент причаливания были: для аппаратов «Космос» 0,1^0,2 м/с, для кораблей «Аполлон» и «Союз» (первый играл роль перехватчика) 0,25 м/с (рис. 43), а при повторной их стыковке 0,15-f-0,18 м/с.
После причаливания происходит жесткое соприкасание стыковочных узлов, смягчаемое амортизаторами. При этом аппараты превращаются в единое целое не только в механическом смысле, но и в электрическом (замыкаются контакты цепей). Конструкции узлов бывают весьма разнообразны. В пилотируемых кораблях они обеспечивают возможность перехода сквозь них космонавтов.
Помимо жесткой стыковки, которая осуществлялась во всех случаях в космосе до сих пор, в принципе возможен и нежесткий 136 ГЛ. 5. АКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ОКОЛОЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
контакт между сближающимися спутниками. Они могут быть соединены гибкой связью, например электрическим кабелем или шлангом для перекачки топлива или, скажем, подачи кислорода [2.12].
§ 8. Разгон с малой тягой до параболической
скорости
Как уже говорилось в главе 1, использование двигателей малой тяги оказывается возможным лишь после выведения космического аппарата на орбиту спутника Земли. На этапе же выведения, естественно, применяются двигатели большой тяги, способные оторвать аппарат от Земли и сообщить ему необходимую орбитальную скорость.
Представим себе, что спутник снабжен электроракетным двигателем, способным сообщить реактивное ускорение порядка 10-5-f-10~3 g. Движение спутника мы можем рассматривать как возмущенное в поле тяготения Земли.
Вспомним, что возмущающее ускорение при движении спутника в верхней атмосфере имело тот же порядок величины, что и реактивное ускорение в нашем случае.
Легко понять, что если возмущающее воздействие атмосферного сопротивления, направленного противоположно движению, заставляло спутник снижаться по спирали, то возмущение орбит 1 малой тягой в сторону полета должно принудить спутник подниматься по раскручивающейся спирали, показанной на рис. 44 сплошной линией. При этом в случае старта с круговой орбиты каждый последующий виток спирали будет до поры до времени мало отличаться от окружности. Аналогично аэродинамическому парадоксу спутника существует и парадокс разгона космического аппарата с малой тягой: несмотря на то, что сила тяги действует в сторону движения, скорость аппарата уменьшается. Если бы можно было заснять на кинопленку спиральный спуск спутника в атмосфере, то, прокрутив ее от конца к началу, мы увидели бы на экране спиральный подъем спутника под действием малой тяги. При этом замедление космического аппарата является таким, будто бы сила тяги не разгоняет его, а толкает назад.
И, однако, описанное спиральное движение может быть все же названо разгоном: хотя скорость аппарата при этом и падает, но с удалением от Земли еще быстрее уменьшается и местная параболическая скорость, и в конце концов она достигается спутником. Полная механическая энергия, вначале отрицательная, увеличи вается до нуля, так как потенциальная энергия растет быстрее, чем падает кинетическая.
Понятно, почему дело обстоит иначе при разгоне с помощью двигателей большой тяги, осуществляющих сход с круговой орбиты. В этом случае полная энергия увеличивается скачком за счет огром- § 8. РАЗГОН С МАЛОЙ ТЯҐОЙ
137
ного прироста кинетической энергии, а потенциальная энергия почти не изменяется.
Изображенная на рис. 44 траектория носит универсальный характер. Она действительна для разгона с любым постоянным тангенциальным (совпадающим по направлению со скоростью) реактивным ускорением при любой начальной круговой орбите и для любого притягивающего небесного тела. На рисунке не изображены бесчисленные чрезвычайно густые витки спирали, окружающие / / центр тяготения О. В зависимо- j j пл. сти отгравитационного парамет- -щ-ц4\ Щ pa K=fM небесного тела и от величины реактивного ускорения тот или иной виток спирали может быть принят приближенно за начальную круговую орбиту (витки почти не отличаются от окружностей), и тогда все витки, лежащие внутри этой орбиты, должны быть отброшены, а наружные изобразят истинное движение.
