Двигающиеся звезды на небе что это
Хаотично гуляющие звёзды.
Странные явления наблюдаются в небе, можно сказать, необъяснимые. Их видят многие. Специалисты молчат.
Приведу некоторые цитаты.
Позавчера, 11 мая 2012 года был на Котельниковской трассе за Волгоградом. Время было 9.30 вечера, как раз стемнело. Вышел из машины на «перекур», глянул на небо, ярко светил Юпитер. Небо ясное. Отвёл взгляд немного левее, градусов на 30 выше Юпитера. Увидел красноватую звезду. Подумал, что Марс. Попросил спутника выйти из машины и тоже увидеть Марс. Когда вместе ещё раз глянули, я увидел, что эта звезда хаотично движется. То пойдёт влево с ускорением, то обратно, то вверх, то вниз, описывает круги. Я опешил. Спросил у спутницы, видит ли она тоже самое. Она тоже была шокирована. Я позвонил своему другу в Волгоград и попросил тоже понаблюдать, он увидел тоже самое и тоже был шокирован. Этот друг ещё в конце 70-х посещал астрономический кружок и тогда тоже видел нечто в телескоп. Только ещё круче. Там подобным образом тоже гуляла некая точка, только уже среди далёких звёзд ( или «далёких» ). Препод астрономического кружка, глянув в телеском, немощно развёл руками, мол, не знаю что такое. Поглядев на небо в другом месте, увидел ещё пару «гуляющих» звёзд..или «звёзд».
Сегодня так же около 2 ночи увидел такую танцующую звезду. Не силен в астрономии, но кажется это считается восточной частью неба.
Наблюдал минут 30, она то резко в сторону отходила, то просто туда-сюда двигалась, как буд-то как маятник привязана к одной точке и вокруг нее её колбасит.
Причем где-то полгода назад на том же месте я уже видел танцующую звезду, но подумал, что это оптическая иллюзия или мне пить меньше надо. А вчера убедился, что не только я ее вижу. А сейчас убедился, что это частое явление.
Есть вообще хоть какое-то более-менее официальное мнение на этот счет?
Счас расскажу
Видел круче чем вы все
Был ребенком
Сидел на ступеньках ночью с бабушкой
Смотрели в небо
Увидел «звезду», которая ровно и быстро сделала угол 90 градусов
Бабушка сказала, что спутник
Далее по прошествию лет и став взрослее смотрел с оптикой в небо
Замечал объекты ровно движущиеся по линиям будто
Влево и вправо
Опять думаю спутники меняют орбиты
Но в прошлом году я простите охерел
Два объекта сорвались с места и начали двигаться в хаотичной траектории и гоняться друг за другом по спирали, будто играли в догонялки
Свидетель мама, которая сказала, что это просто какая-то «фигня».
В оригинале свидетельств намного больше.
Окна выходят на восток. Созвездие назвать не смогу, но примерно зарисовал расположение звезд в том месте неба.
Погуглил, ничего толкового не нашел (может плохо гуглил), но наткнулся на описание схожего эффекта в разных частях СНГ (не в тот день, а вообще). Думаю одинаково проглючить всех не могло и этому есть научное объяснение.
Собственно, знающие люди, подскажите пожалуйста, что за диво на небе происходило?
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Двигаются ли звезды?
Уже давно доказано, что Земля не является центром Вселенной. Но бывает сложно в это поверить, если долго наблюдать за небом. Наверняка, вы замечали, что не только Луна и Солнце кажется меняют положение, но и звезды двигаются на небе. Конечно, все это объясняется вращением самой планеты. Но у звезд есть собственное видимое движение в пространстве. Так что, если мы говорим, что они движутся, то причина в земном обороте, движении звезд или же в чем-то другом!
У нашей планеты Земля уходит 24 часа на то, чтобы совершить один осевой оборот (с востока на запад). И если вы будете отслеживать звездные пути, то заметите, что они поднимаются на востоке и садятся на западе. Но есть исключения.
Звездные пути над озером Минневанка в Альберте (Канада)
Звезды, расположенные возле земной оси (северный и южный полюса), вращаются вокруг полюсов. И если местоположение полюса далеко от горизонта, то звезды вообще теряются из вида. То есть, чем ближе вы к полюсу, тем минимальным вам кажется движение звезд (они будто вращаются на одном месте).
Но мы рассмотрели только вращение оси планеты, а ведь есть еще и движение Земли по орбите вокруг Солнца. Один обход вокруг звезды Солнечной системы занимает 365 дней. В этом путешествии можно отследить интересные эффекты. Например, загадка Марса. Ранее ученые удивлялись, почему Красная планета появлялась напротив фоновых звезд, возвращалась, а затем снова оказывалась в предыдущей точке. Позже они поняли, что Земля на своей орбите «догоняла» более далекий Марс, когда он проходил мимо.
На мозаике Марса различим темный базальтовый регион Большой Сирт
На противоположных концах орбитального пути (зимой и летом) можно заметить звезды, которые кажутся сдвинутыми. Мы отдалены от Солнца на 150 миллионов км, но на противоположном конце расстояние увеличивается до 300 миллионов км.
И здесь самое интересное. Представьте, что вы бегаете по футбольному полю и смотрите на здание, расположенное в 1.6 км. По мере вашего смещения здание также будет меняться. То же самое происходит и с орбитальным проходом. Некоторые из ближайших звезд будут двигаться относительно фоновых. Этот эффект называется параллаксом и используется для объектов, находящихся в пределах 100 световых лет.
Параллакс помогает наблюдать за объектом на противоположных концах земной орбиты
Но это не все причины звездного движения. Дело в том, что существуют двоичные системы, где звезды совершают обороты вокруг общего центра масс. Или же звезды расположены во вращающейся галактике. Это также объясняется расширением Вселенной.
Но есть и собственное движение. Гравитация заставляет их вращаться вокруг галактического центра. Конечно, за свою жизнь мы не можем отследить полноценное передвижение, потому что пространство огромное и на это уходит много времени. Самое высокое собственное движение наблюдается у Звезды Барнарда – 10.3 угловых секунды в год.
Движущиеся звёзды
Всем привет. Вчера наблюдала интересную картину. В интернете нашла только несколько похожих историй, решила написать сюда. Вышла на улицу, подышать воздухом, было около 23.00. Рассматривая звёзды заметила странное движение, приглядевшись, увидела большое количество звёзд как-бы плывущих по небу. Это не были китайские фонарики, так как цвет был только белый, от звёзд никак не отличаются. И настолько высоко они вряд-ли бы долетели. Они двигались ни в одном направлении, было движение и вправо и влево, очень плавные но быстрые движения. Движение продолжалось более 2-3 минут, затем они постепенно, видимо, улетели. Звёзд было много, около 50 и более. Что это было, для меня остаётся загадкой. Но возможно это были те спутники от Space X. Хотя не уверенна что они способны на такую маневренность.
Исследователи космоса
10.3K постов 39.2K подписчиков
Правила сообщества
Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу 🙂
Те, кто пишет про спутники Старлинк, вы эту часть сообщения видели?
Они двигались ни в одном направлении, было движение и вправо и влево, очень плавные но быстрые движения.
Спутники не двигаются вправо-влево. Ни Старлинки, ни какие-либо другие. Они движутся в одном направлении. Изменение орбиты невозможно заметить за те короткие минуты, когда спутник (любой) виден с Земли.
сейчас очень много чего там в космосе летает на орбите. люди не смотрят на небо.
был в деревне, с женой смотрели на небо. очень много объектов движущихся и это не самолеты. надо просто подождать. раз в пять минут что-нибудь пролетает.
Как тебе такое, Илон Маск?
Полагаю это либо СпейсХ, либо ОнеВеб.
И то и другое не так давно запускали.
Это ящерики с планету Нибиру летают.
Забавно читать такие истории. Автор пишет, надеется, что увидел что-то необычно, загадочное, внеземное. А там оказались банальные спутники Илона. Боль, печаль
На днях вроде ещё OneWeb спутники запустили.
98-2000 год, далеко за городом. Мелкий я видел одну звезду, носящуюся с большой скоростью по ломанной траектории. Выглядела как обычная звезда, носилась туда-сюда очень быстро, после стала удаляться, пока совсем не пропала.
Что это может быть, товарищи эксперты?
А может это было шоу коптеров?
Они двигались ни в одном направлении, было движение и вправо и влево, очень плавные но быстрые движения.
А может это проблемы сетчатки глаза? Особенно когда говорят что движутся туда сюда.?
Я видел такую же штуку, тоже часов в 23, но одну. Она сначала висела на одном месте, а потом поплыла зигзагами и очень быстро. Видел эту штуку дважды, возможно какой-нибудь дрон, но хз
А на какую маневренность они способны, по вашему?
Или спутники или шарики со светодиодами внутри. Видел как то целый рой таких светлячков, но двигались они довольно хаотично и по направлению ветра
Насколько высоко? Как вы определили высоту, на которой летели «звезды»?
С подключением, сейчас в моде запускать спутники пачками. Чем сейчас промышляют такие операторы спутниковых группировок как: OneWeb и Starlink.
И потом после запуска они летят по небу таким вот «паровозиком».
Это спутники для интернета Starlink от Илона Маска, на днях очередной запуск был.
Точно они, ведь у вас каким-то волшебным образом появился интернет, и вы смогли этим с нами поделиться.
Зачем астроному грабли или как я заболел небом
Это случилось в одно прекрасное воскресенье, звучит довольно банально, но это так. До этого тоже были попытки, но осознанный шаг произошел именно тогда, в детском магазине игрушек. Я увидел телескоп, нахлынули воспоминания: мы с Папой на даче, летней ночью лежим на крыше бани и смотрим на звёздное небо. А еще спортивный лагерь: выбежав ночью по малой нужде и случайно подняв взгляд на небо, застыл от изумления. Ни истинная цель моей ночной «прогулки», ни даже голодные комары, не в силах были заставить десятилетнего подростка отвести глаза от прекрасного августовского неба и летящего между скоплениями звезд спутника.
Естественно, телескоп я приобрел! Ну и как многие уже догадались, разочаровался в инструменте очень быстро – игрушка она и в Африке игрушка. Пластиковые линзы, хлипкий штатив. Наблюдать можно, но только, не то, что хочешь.
В последующую неделю, избороздив множество специализированных форумов и сайтов, открыл для себя неизведанный мир, который я не заслуженно обделял вниманием. И конечно же встал на первые “грабли” начинающего любителя астрономии – пошел покупать телескоп с ворохом информации, не определившегося, чего же он хочет. Напоминает жонглера, который орудует различными предметами и одновременно балансирует на паре стульев, пытаясь при этом прыгать на скакалке, держа еe в зубах. Представили? Мне хотелось всего и сразу: и наблюдения, и астрофотографию, и планеты, и объекты глубокого космоса, и все вот это сразу здесь и сейчас, немедленно. Пожалуйста никогда так не поступайте. Лучше сделать небольшую паузу, дайте чувствам успокоиться, перенесите поход в магазин на день. А еще лучше на неделю!
Да каким я был наивным! Вспоминая себя в прошлом, понимаешь: Большое путешествие начинается с первого шага, и ты его сделал, а странствия и открытия продолжаются по сию пору!
Чистого неба и удачных наблюдений!
ЗЫ Рассказ из цикла Записки Звездного Искателя
Место под звёздами
Лесная поляна, залитая светом звезд и восходящей за деревьями Луны
Снято 28 сентября 2021 года около озера Сегденского в Рязанской области.
Мозаика из 9 кадров (6 кадров неба с ведением и 3 кадра земли, неподвижно)
Камера Canon 60D, объектив Canon 24-105mm f/4 L, монтировка Sky-Watcher Star Adventurer для компенсации вращения Земли. Сложение мозаики в PTGui Pro и Photoshop.
Больше ночных фотографий и астрофотографий в моём инстаграме и в телеграм-канале.
— Доктор! Помогите! У меня завелись подписчики. Что мне делать?
— Ооо, голубчик! Медицина тут бессильна. Пилите посты, принимайте витамины, кофеин. Вы не первый, многие теперь с этим живут и ничего, привыкните. Идите, пилите.
Обещал подписчику снять и показать Сириус. @Veteraniks, лови.
Возраст системы Сириуса, по современным исследованиям, составляет примерно 230 млн лет (оценки варьируют от 200 до 300 млн. лет). Первоначально система Сириуса состояла из двух бело-голубых звёзд спектрального класса В: масса одного компонента (Сириус B) была 5 масс Солнца, второго (Сириус A) — 2 массы Солнца. Затем, около 120 млн. лет назад, более массивный Сириус B прогорел и стал красным гигантом, а затем сбросил внешнюю оболочку и перешёл в своё современное состояние белого карлика. Масса Сириуса B составляет 1,02 массы Солнца, это один из самых тяжелых известных белых карликов (масса типичных белых карликов 0,5–0,6 M).
Сложение: 200 кадров из 485
Созвездие Ориона, туманность Ориона (М42), Бетельгейзе, Сириус, Млечный Путь 06.11.-07.11.2021
Повезло выбраться на выходных подальше от городской засветки. За 240 км от города небо подарило нам с @hellobunny одну очень ясную, но безумно ветреную и холодную ночь. При сильном ветре не спасало даже гидирование. Куча фоток получились смазанными (с треками). Складывать было нечего, поэтому выкладываю одиночные кадры.
Млечный путь + (Андромеда)
— Телескоп SW bkp 2001
-Монтировка SW Heq5pro
-камера Fujifilm ax7
Место съемки: Псковская область
Путь к звездам
С чего начинается космос? На Земле он начинается с ревущих гигантов, сотрясающих грохотом старт и затихающих далёким громом в небе. Унося полезную нагрузку к звездам на своих плечах, ракеты-носители являются самыми мощными и самыми сложными летательными аппаратами, созданными человеком. И одновременно – одними из самых интересных. Как согласованно и сложно выполняют они свою полётную задачу – читайте в обзоре Naked Science.
Роль космической ракеты, или ракеты-носителя – поднять полезную нагрузку с земной поверхности до орбиты. Для этого ракета поднимает груз выше атмосферы и разгоняет его до орбитальной космической скорости. Подъем и разгон происходят в общем процессе выведения полезной нагрузки на орбиту, в результате которого достигается высота около 200-300 км.
Большинство ракет-носителей стартует вертикально с поверхности Земли, постепенно их траектория всё больше наклоняется. В полете происходит отделение ступеней, из которых собрана конструкция ракеты. Последняя ступень заканчивает разгон и отделяется от полезной нагрузки, начинающей свой самостоятельный космический полет. В пуске важна не только достигнутая скорость, высота и наклонение, но и точность выполнения этих параметров.
Его величество двигатель
Ракета разгоняется силой тяги двигательной установки, включающей один или нескольких двигателей. Его величество двигатель – самая важная, сложная и дорогая часть ракеты. Он выполняет две ключевые задачи: сжигает в камере сгорания топливо, в ходе этого процесса получается очень горячий и сильно сжатый газ. И разгоняет газ своим реактивным соплом, создавая силу тяги. От того, насколько правильно решаются обе задачи, зависят эффективность двигателя и совершенство ракеты. В качестве основных двигателей ракет-носителей чаще используют жидкостные ракетные двигатели, или ЖРД.
Жидкостным он называется из-за топлива, состоящего из двух жидких веществ – горючего и окислителя, – образующих топливную пару. Они вступают в химическую реакцию горения, в которой атомы горючего отдают свои электроны принимающим их атомам окислителя и образуют молекулы газов. Для полноты сгорания горючее и окислитель нужно подать в правильном соотношении и как можно лучше перемешать. Это делают форсунки, находящиеся в форсуночной головке в начале камеры сгорания. Оба компонента подаются в них с большим давлением многих десятков и сотен атмосфер, распыляясь в очень тонкую взвесь. Часто горючее и окислитель соединяются в общей форсунке, перемешиваясь в едином плотном факеле. Воспламенение происходит уже в начале факела форсунки, распыляемого в пламя зоны горения. Большое давление камеры сгорания приводит к очень быстрому сгоранию. Химическая энергия топлива переходит в потенциальную энергию продуктов сгорания, в форме высоких температуры и давления газа.
Получившийся сжатый газ устремляется в реактивное сопло, состоящее из двух частей. Камера сгорания переходит в сужающуюся часть сопла, где дозвуковой поток газа ускоряется. В самой узкой части сопла, называемой критическим сечением, поток достигает скорости звука. Дальше он попадает в расширяющуюся часть сопла, становится сверхзвуковым и продолжает разгоняться до самого среза сопла. Давление и температура при этом все время снижаются, зато непрерывно растет скорость потока. Сопло преобразует потенциальную энергию тепла и давления газа в кинетическую энергию струи, являясь тепловой машиной по разгону газа. Истечение струи создает реактивную силу в обратном направлении; эта сила составляет основную часть тяги двигателя. Чем быстрее истечение газа из сопла, тем больше сила тяги. Вот зачем струю разгоняют до высокой скорости, на краю сопла она может быть в три раза больше скорости звука.
Топлива в камеру подается много, сгорание идет с высокими температурами около трех тысяч градусов и под большим давлением. Это делает камеру сгорания и сопло очень нагруженными в силовом и тепловом плане.
Сопло раскаляется добела. Без охлаждения стенок камеры и сопла они неминуемо прогорят, и случится пожар двигателя. Охлаждение стенок камеры и сопла организуется разными путями. В специально проточенных тонких каналах в стенках сопла и камеры текут компоненты топлива, снимая часть тепла со стенок. Кроме этого, в камере сгорания создается пристеночная жидкостно-капельная завеса из горючего. Сама камера изготавливается очень прочной, чтобы держать огромное рабочее давление. Силовая рама передаёт усилие тяги от камеры сгорания на корпус ракеты.
Чем больше топлива сгорит в двигателе, тем больше тяга. Подачу топлива в ЖРД обеспечивает его вторая важнейшая часть – турбонасосный агрегат, или ТНА. Он объединяет главные насосы горючего и окислителя, другие насосы и вращающую их газовую турбину. ТНА работает крайне напряженно. Для создания большого расхода компонентов и высокого давления за насосами турбина совершает огромную работу и имеет очень большую мощность при компактных размерах. Отдельная камера сгорания ТНА сжигает компоненты топлива и направляет полученный газ на лопатки турбины. Отработанный газ за турбиной сбрасывается за борт в двигателях открытого цикла или идет на дожигание в основную камеру сгорания двигателей закрытого цикла.
Недавно появились сверхлегкие ракеты, у которой в ЖРД нет ТНА. Насосы горючего и окислителя вращают электромоторы запасенной в аккумуляторах энергией. Это сверхлегкие ракета-носитель Electron компании Rocket Lab и ракета Rocket компании Astra. Их небольшие двигатели, которые человек может удержать в одной руке, позволяют использовать электрический привод топливных насосов. Питаются электромоторы от литий-полимерных батарей, сбрасываемых в полете по мере их разрядки.
При принципиальной простоте конструкции работа двигателя в реальности весьма сложная. Газодинамические процессы в двигателе непросты и требуют правильной организации и управления. Так же сложна разветвленная гидродинамика жидких компонентов, теплообменные дела – и прочие динамика, физика и химия. Работа двигателя может нарушаться неустойчивыми режимами. Если давление в камере сгорания случайно вырастет больше расчетного, то перепад давления из форсунок в камеру снизится, это уменьшит подачу топлива в камеру. Меньше поступит и сгорит топлива – давление в камере снизится, что увеличит перепад давления на форсунках и приведет к подаче в камеру излишка топлива. Он сгорит и создаст скачок давления в камере – и цикл колебаний давления повторится. Такие пульсации давления могут иметь частоту десятка раз в секунду и приводят к разгону этого колебательного процесса до разрушения камеры сгорания или к неустойчивому горению с падением тяги. Такова низкочастотная неустойчивость двигателя.
Высокочастотная неустойчивость возникает в виде акустических колебаний внутри камеры сгорания, образующих в ее объеме стоячие волновые конфигурации разных форм. Многократно отражаясь от стенок камеры и сливаясь, акустические колебания усиливаются до небольших ударных волн, с ростом давления и температуры во фронте волны. В местах их прилегания к стенкам камеры возникают локальные зоны высокого давления и температуры. В них могут возникать прогары и разрушения. Также высокочастотная неустойчивость способна ухудшать сгорание топлива. Борются с этим видом неустойчивости введением в камеру особых перегородок, расположением форсунок и другими мерами.
Тягой двигателя необходимо управлять. Например, при старте ракеты-носителя «Союз» тяга двигателей РД-107 растет не плавно, а ступенчато. После зажигания начинается режим предварительной ступени тяги. Между прочим, на этом этапе турбонасосный агрегат еще не запущен, насосы неподвижны, а керосин и кислород просто самотеком льются из баков в камеры сгорания, как вода из водонапорной башни. Но в камерах они уже горят вовсю, вырываясь наружу большими клубами огня и освещая низ ракеты яркой протяжной вспышкой. Если горение нормальное и устойчивое, то включается режим первой промежуточной ступени тяги. Запускается и раскручивается ТНА, расход компонентов и тяга вырастают, продолжается контроль работы двигателя. Далее следует вторая промежуточная ступень. Давление в магистралях и подача топлива усиливаются настолько, что тяга превышает вес ракеты, и она поднимается в воздух. И только через шесть секунд подъема ракеты двигатель переводится в режим главной тяги, на полную мощность. У других ракет циклограммы (точные и детальные последовательности действий) выхода двигателей на полную тягу могут различаться, но все они требуют контроля параметров работы двигателя сотни и тысячи раз в секунду. Управляют величиной тяги изменением работы турбины ТНА или клапанами подачи компонентов топлива. Управление направлением тяги производят через подвижный качающийся подвес основных или управляющих камер сгорания, разностью тяги в многокамерных двигательных установках и другими способами.
Выключение двигателя – тоже сложный процесс. Сразу закрыть главные клапаны топлива нельзя: могут возникнуть гидроудары в магистралях. Еще нужно снизить импульс последействия – остаточную тягу после прекращения подачи топлива. Ведь тяга падает до нуля не сразу и резко, а постепенно, расходуя запас давления в камере сгорания с дожиганием уже распыленного форсунками топлива. При выключении двигатель сначала переводят в пониженный режим, снизив подачу топлива и давление в камере. И лишь потом подают команду на выключение, которая прекращает подачу топлива в камеры сгорания.
Часто включение двигателей последней ступени бывает двукратным – в результате первого включения ступень с полезным грузом выходит на опорную орбиту. Позже, когда ступень дошла в нужную точку орбиты, делают второе включение двигателя, переводящее ступень на другую, целевую или переходную орбиту. Запуск двигателя в невесомости требует осаждения расплывшегося по бакам остатка топлива к заборному отверстию. Для этого включают небольшие твердотопливные двигатели – или двигатели ориентации. Они создают небольшую продольную перегрузку для смещения остатков топлива к нижнему днищу бака. Затем делают второе включение главного двигателя ступени с началом следующей фазы выведения.
Топливо – энергия для полета
Топливо к двигателю поступает через трубопроводы – главные магистрали горючего и окислителя, идущие внутри баков и двигательного отсека. Для криогенного топлива магистрали и каналы в двигателе перед стартом нужно охладить слабой подачей этих компонентов. Это называется захолаживанием двигателя. Подача рабочих объемов в неохлажденный двигатель может привести к вскипанию там криогенных компонентов и скачку давления в магистралях, что чревато остановкой подачи и обратным выбросом топлива. Еще в трубопроводах не должно возникать гидроударов и кавитации, а в заборных отверстиях в баках ставят воронкогасители. Для борьбы с вредными эффектами магистрали снабжают буферными бачками, бустерными (предварительными) насосами и другими устройствами.
Виды топлива для ракет-носителей используют разные: криогенные в виде сжиженных газов либо высококипящие, как керосин или несимметричный диметилгидразин. Распространенные топливные пары: «керосин плюс кислород» и «водород плюс кислород». Уходит в прошлое ядовитая топливная пара «азотный тетраоксид плюс несимметричный диметилгидразин», печально известный гептил. Осваивается перспективная пара «кислород плюс метан». Важнейшие показатели топлива – количество энергии, получаемое при сжигании килограмма топлива, плотность компонентов, задающая нужный объем баков, и криогенность, требующая теплозащитных мер. Важна стоимость топлива, экологичность, технологичность производства, транспортировки, хранения, инфраструктуры для заправки, и другие характеристики. Например, пара «азотный тетраоксид плюс несимметричный диметилгидразин» – самовоспламеняющаяся, загорается немедленно при контакте компонентов, и для нее не нужно воспламенительных устройств.
Топлива в ракете много – до 9/10 от ее стартовой массы. Вмещающие его баки – довольно сложные конструкции. Баки с жидкими газами требуют теплозащиты для предотвращения не только нагрева содержимого, но и наружной конденсации воздуха в жидкость: например, на поверхности баков с жидким водородом. Внутри баков есть перегородки, снижающие колебания топлива в полете. Бак должен выдерживать давление наддува для его нормальной работы и многократный вес топлива в условиях перегрузок. Еще в баках есть система термостатирования, постоянно перемешивающая криогенный компонент, и не дающая ему расслаиваться. Иначе вверху может возникнуть нагретый слой с его дальнейшим вскипанием и скачком давления в баке вплоть до его разрушения. А система барботирования продувает через массив компонента массу мелких пузырьков, перемешивающих его на тонком уровне. Есть система одновременного опорожнения баков, согласующая расход горючего и окислителя, сокращающая неиспользуемые остатки топлива. Есть система наддува, обеспечивающая нужное давление в баке и его изменение перед стартом. Системы датчиков, с информационными линиями от них. И всё выше перечисленное – далеко не полный перечень оборудования.
Для запусков в космос широко используются и твердотопливные двигатели. Они служат ускорителями на этапе работы первой ступени, создавая иногда половину или даже 4/5 взлетной тяги. Твердым топливом служит смесь минерального окислителя, обычно перхлората аммония, и алюминиевой пыли в качестве горючего. Эти измельченные компоненты склеены полимерным связующим, синтетической резиной под названием полибутадиенакрилонитрил, или бутадиен-нитрильный каучук (БНК). Он содержит много углерода и водорода, и является тоже горючим. Энергетика твердотопливных двигателей хуже жидкостных. Но они дешевле и проще в эксплуатации. При компактных размерах твердотопливные двигатели выдают большую тягу, крупнейшие из них стали самыми мощными двигателями, созданными человеком. Ракеты-носители используют твердотопливные ускорители в количестве от одного до шести, прикрепленные по бокам первой ступени с ЖРД и сбрасываемые после выгорания топлива. А иногда и сами ракеты-носители бывают полностью твердотопливными, или содержат в своем составе твердотопливные ступени.
Летающая конструкция как динамическая система
Ракета-носитель делится на ступени, обычно на две или три. Это нужно для отбрасывания опустевшей во время полета топливной тары, чтобы не тратить топливо напрасно на её разгон. Деление на ступени бывает разным – поперечным, продольным и комбинированным. Ракета «Союз», поднимающая космонавтов на орбиту, имеет пакетную схему: центральный блок окружен четырьмя боковыми блоками. На старте все работают вместе, а после выработки топлива боковые блоки отделяются. Центральный блок дальше работает в качестве второй ступени, а после выработки топлива он отделяется от третьей ступени, которая завершает вывод на орбиту.
Топливные пары ступеней могут быть одинаковыми или разными. Например, все ступени ракет «Союз» или Falcon 9 – кислородно-керосиновые, а у ракеты Delta-4 Heavy – кислородно-водородные. Напротив, у ракет Saturn-5 и Atlas V первая ступень кислородно-керосиновая, а другие – кислородно-водородные. Ступени соединены переходными отсеками, передающими усилие с нижней ступени на верхнюю. Разделение ступеней должно быть безударным, чтобы нижняя не догнала верхнюю импульсом последействия и не стукнула в нее. Первая ступень всегда самая большая и массивная. Она работает до высот 40-60 километров, пару с лишним минут полета, а после отделения разрушается в районах падения. Вторая ступень выводит полезную нагрузку на орбиту – или повторяет судьбу первой ступени, если есть третья ступень, которая и достигает космической скорости.
Во время полета конструкция ракеты испытывает самые разнообразные нагрузки. Атмосфера создает силы аэродинамического сопротивления, давящие на корпус. При углах атаки с косым обдувом ракеты возникает боковая аэродинамическая сила. Наибольшая нагрузка потоком достигается примерно через минуту полета, сразу после достижения скорости звука, на высоте восьми-девяти километров. Для снижения потерь скорости и защиты полезной нагрузки от встречного потока сверху ракеты ставят обтекатель. С выходом ракеты за атмосферу его сбрасывают. Атмосфера также помогает стабилизировать ракету: для этого на некоторых первых ступенях есть стабилизаторы – например, треугольные крылышки на «Союзе».
Состояние ускорения в технике называется перегрузкой. Величина ускорения сравнивается со средним ускорением силы тяжести на поверхности Земли, так получается числовое выражение перегрузки. Мы с вами живём в непрерывной единичной перегрузке земного тяготения.
Конструкция ракеты со всеми элементами, узлами и агрегатами находится и работает в условиях нарастающей перегрузки, защититься от которой невозможно в принципе. Вес узлов и агрегатов, вес топлива в баках увеличивается пропорционально перегрузке: при двукратной – в два раза, при трехкратной – в три раза. Вырастает и давление топлива в баках и магистралях. Это нужно учитывать, закладывая в конструкцию необходимый запас прочности. Перегрузка плавно растет до трех-четырех единиц к концу работы каждой ступени, а после ее выключения резко падает до нуля, снова вырастая сходным образом при работе следующей ступени.
Элементы ракеты должны быть прочными при наибольшей легкости. Поэтому в ракете широко используют сплавы на основе алюминия и магния, последнее время дополняемые изделиями из углеродных композитных материалов. Впрочем, применяется и сталь, и медь, и золото; и многие другие материалы. Для твердотопливных ускорителей применяются как стальные корпуса, так и композитные, выполненные намоткой прочных нитей с закреплением их полимерными составами. На современной сверхлегкой ракете Electron компании Rocket Lab используется углеродное волокно, на основе которого сделаны баки для керосина и жидкого кислорода.
Ракета представляет собой сложную динамическую систему, в которой одновременно идет огромное множество процессов, действуют разнообразные силовые и тепловые нагрузки.
Топливо меняет свою массу и положение в баке, его поверхность может косо смещаться и раскачиваться. С выработкой топлива меняется центр масс ракеты. Разные вибрации охватывают корпус, в одних местах усиливаясь, в других ослабевая, сменяя друг друга. Различные силы давят на конструкцию, создавая сжимающие, растягивающие и крутящие нагрузки. Длинный корпус работает как изгибающаяся балка – с колебаниями концов относительно друг друга и центра масс ракеты. В совокупности всех воздействий материал конструкции находится в сложном напряженном состоянии, сочетающем многообразные статические и динамические нагрузки.
Первая в мире ракета-носитель, еще только создаваемая межконтинентальная баллистическая ракета 8К71 (как баллистическая ракета она состоялась уже после запуска первого спутника на орбиту), была названа «Спутник» (8К71-ПС) после подтверждения успешного выхода на орбиту первого спутника ПС-1. «Простейший спутник 1» весил всего 83,6 кг. Второй спутник с несчастной Лайкой на борту весил уже полтонны, однако он не имел многих систем, свойственных автономным спутникам, и не отделялся от второй ступени ракеты, образуя с ней одно целое. Третий спутник Д-1, для газетных сообщений называемый «Спутник-3», должен был стать первой полноценной научной станцией в космосе; его научная и измерительная аппаратура составляла почти тонну массы, а сам спутник достигал 1327 кг. Для его запуска потребовалась существенная модернизация ракеты-носителя, с получением нового шифра 8А91.
Пуск обновленной ракеты (№Б1-2) проводился 27 апреля 1958 года. Вначале ракета и ее системы работали нормально. Но в магистрали окислителя центрального блока возникли и усилились под действием растущей полетной перегрузки продольные колебания. Это привело к колебаниям давления жидкого кислорода на входе в двигатель, и к пульсации тяги его двигателя. Из-за возникшей переменной тяги двигателя центрального блока на 88 секунде полета начались резонансные силовые колебания боковых блоков ракеты, которые стали быстро нарастать. Всего через восемь секунд, на 96 секунде полета, боковые блоки оторвались от центрального, и ракета разрушилась в воздухе. Остатки ракеты упали в пределах полигона, примерно в ста километрах от старта. Спутник сразу оторвался от ракеты и падал отдельно, что позволило ему уцелеть, лишь слегка сплющившись при ударе о земную поверхность. Так развилась и произошла первая космическая авария. Ее расследование позволило в итоге успешно запустить «Спутник-3» в виде дублера 15 мая 1958 года.
В ракете-носителе размещают огромное количество различных систем и подсистем, основных и вспомогательных, обеспечивающих выполнение множества задач и бортовых функций. Это всевозможные гидро- и пневмосистемы; разветвленная бортовая электросеть с линиями и контурами питания, распределителями и источниками электроэнергии; различные пироболты и пироклапаны с линиями управления их срабатыванием; линии связи со ступенями. Важные системы дублируются, делаются резервные линии и блоки; наиболее важные троируются.
Полет ракеты требует непрерывного управления. Его осуществляет система управления полетом. Гироскопические датчики измеряют вращение ракеты вокруг ее трех осей и вычисляют текущую ориентацию в пространстве. Акселерометры точно измеряют ускорения вдоль трех пространственных координат. Интегрирование ускорений дает текущие скорости и общую скорость ракеты (скорость центра масс), ее величину и направление. А двукратное интегрирование ускорений дает координаты положения ракеты в пространстве относительно точки старта – удаление (по прямой в пространстве) или ортодромную дальность (по поверхности Земли), высоту и боковое смещение. Так работает инерциальный блок системы управления; он может дополняться астронавигацией, радионавигацией, системой GPS и другими навигационными каналами.
Блоки системы управления постоянно сравнивают положение ракеты и ее скорость с программными значениями, заданными на этот момент полета. Когда отклонения ракеты от расчетной траектории приближаются к предельно допустимым, система управления полетом вырабатывает управляющие команды, поступающие на рабочие органы – основные или управляющие двигатели. Они на рассчитанную величину меняют режим работы или отклоняются на подвижных подвесах. Возникает корректирующее движение ракеты, возвращающее ее ближе к расчетной траектории и регулирующее ее скорость. Ракета «гуляет» вокруг расчетной траектории внутри пространственной трубки, поверхность которой образована предельными допустимыми отклонениями, и не выходит за их пределы благодаря работе системы управления полетом. Алгоритмы управления оптимизируют движение носителя, сокращая количество приближений к границам допустимых отклонений и частоту корректирующих движений.
Система управления полетом постепенно наклоняет ракету, заваливая ее в горизонт и отрабатывая программу изменения угла тангажа (тангаж – это наклон главной, продольной оси ракеты к плоскости текущего горизонта). С ростом высоты и удалением от старта скорость ракеты становится все более горизонтальной. При достижении заданной скорости система управления полетом выключает двигатель последней ступени и отделяет полезную нагрузку в свободный полет. Иногда это происходит после второго включения и перехода на другую орбиту.
Конструкции ракет-носителей и схемы полета развиваются и эволюционируют. Из стандартных схем выделяется двухступенчатая тяжелая ракета Falcon 9 американской компании SpaceХ. Ее первую ступень с девятью двигателями сделали возвращаемой и повторно используемой, на сегодня ее повторное использование достигло шести раз. На высоте 60 километров происходит разделение ступеней, при этом в первой ступени остается запас топлива для посадки. По инерции поднимаясь до 120 километров, ступень начинает управляемый спуск. В верхней части снижения работают двигатели ориентации, на атмосферном участке – решетчатые аэродинамические рули, раскрываемые в верхней части ступени. Скорость гасится несколькими включениями трех из девяти основных двигателей. В итоге управляемого спуска ступень разворачивает траекторию и приземляется на площадку возле старта или садится на посадочную баржу в океане, раскрывая три посадочные опоры перед касанием поверхности. Таким образом, повторно используют и корпус ступени, и девять из десяти двигателей – самые дорогие компоненты ракеты (десятый остается на второй ступени). Возвращаются и две половинки обтекателя для повторного использования, опускающиеся на управляемых парашютах в широкую сетку специального судна, подхватывающего их на ходу. Многоразовое использование первой ступени сегодня отрабатывают и на других ракетах, как летающих, так и проектируемых.
Такие схемы полета требуют наличия отдельных, собственных систем управления полетом для возвращаемых элементов ракеты, переходящих к управляемому полету после работы на основном участке. Первая ступень, выполняющая заданную посадку, должна обладать полноценной системой управления полетом после отделения второй ступени – как и собственным бортовым измерительным комплексом, так и блоком выработки команд, и исполнительной частью. Это же относится и к возвращаемым половинкам обтекателя, поскольку они вводят в действие средство возвращения в виде планирующих парашютов, и через управление ими приходят в заданные точки посадки. По сути, многоразовая ракета-носитель формата «Falcon-9» в процессе полета разделяется на ряд самостоятельных летательных аппаратов, осуществляющих после основной работы в пуске собственные автономные управляемые полеты с задачей посадки заданным образом в заданных точках. Это новая архитектура системы управления полетом ракеты-носителя, и сегодня она уверенно работает в практических пусках, все шире распространяясь в запускающей технике.
Информационные потоки в ракете возникают не только в системе управления полетом. На борту находится множество датчиков, измеряющих самые разные величины. Давление и температуру во всех камерах сгорания, давление в магистралях горючего и окислителя, частоты и амплитуды вибраций в разных частях ракеты, перегрузку и местные ускорения, всевозможные температуры, давления и расходы, электрические напряжения и токи, положение различных переключателей и клапанов, обороты турбины ТНА, а также сотни и тысячи других параметров. Их измерения нужны для контроля состояния ракеты и многих бортовых процессов. Пока ракета стоит на старте, данные передаются через примыкающую к ней кабель-мачту. Это кабельная телеметрия – измерение и передача данных с борта ракеты через кабели. В полете информацию передают по радиоканалам – это радиотелеметрия. Телеметрическое оборудование ракеты обладает большой пропускной способностью и высокой частотой измерений. В современных телеметрических системах датчики опрашиваются несколько тысяч раз в секунду, а число каналов (количество датчиков) достигает тоже нескольких, иногда многих, тысяч.
У ракет, запускающих в космос людей, есть система аварийного спасения, или САС. Она устанавливается над космическим кораблем и представляет собой твердотопливный двигатель с розеткой направленных назад и в стороны сопел. В случае аварийной ситуации на старте и в полете, требующей спасения экипажа, система управления полетом задействует САС, которая уводит корабль с людьми вперед и в сторону от аварийной ракеты-носителя. Если выведение проходит штатно, по плану, то САС отделяется от корабля на этапе работы второй ступени и уводится в сторону другой, маленькой розеткой сопел, чтобы не быть ненужной нагрузкой в разгоне корабля. Новые схемы космических кораблей могут использовать другую организацию САС, интегрированную с кораблем и не отделяющуюся при выведении, как это сделано у Crew Dragon от компании SpaceХ.
Ракеты-носители выводят в орбитальный полет грузы самой разной массы. Орбита орбите рознь, они могут сильно отличаться и требовать для выведения на них разной энергии и разных затрат топлива. Чем выше орбита, тем больше нужно энергии для ее достижения; также важно наклонение орбиты – для полярных орбит затраты энергии выше, потому что запуски на них проводятся поперек вращения Земли и не используют его. Для сравнения грузоподъемности ракет берут низкие опорные орбиты, высотой около 200 км, круговые, с умеренным наклонением к экватору. Ракеты-носители делятся на несколько классов грузоподъемности. Деление это достаточно условно и изменяется со временем и в разных странах, но примерная классификация по грузоподъемности следующая: сверхлегкие – 0,1– 0,3 тонны, легкие – до 1 тонны, средние – 1–20 тонн, тяжелые – 20–100 тонн, сверхтяжелые – свыше 100 тонн.