Павел Клушанцев - Дом на орбите
Одним словом, ракета решила вопрос о полётах в космос.
Чтобы по кратчайшему пути быстрее пройти сквозь густой воздух, ракета всегда взлетает прямо вверх, вертикально. И только потом, поднявшись на достаточную высоту, постепенно заворачивает в нужную сторону. Разогнавшись до восьми километров в секунду, она летит уже горизонтально.
Здесь двигатели выключаются. Ракета вышла на орбиту и обратно на Землю уже не упадёт. Она летит теперь, как тот артиллерийский снаряд, вылетевший из большой пушки.
Ракета летит по орбите «молча», без работающего двигателя. Мы привыкли к тому, что любое движение — это работа. Автомобильный мотор работает — без устали вертит колёса. Кончит вертеть — машина прокатится немного и остановится. Дизели теплохода в море работают — всю дорогу изо всех сил вращают под водой винты. Кончат вертеть — теплоход тоже остановится. Самолёт держится в воздухе, только пока работают его двигатели. Пока они толкают его вперёд. Кончат толкать — самолёт; потеряв скорость, начнёт падать вниз.
Как же ракета может двигаться «просто так»?
Дело в том, что на Земле нам всегда что-нибудь мешает двигаться. Автомобилю мешают неровности дороги. Надо забираться на бугорки, выкарабкиваться из ямок. Теплоходу мешает вода. Надо раздвигать её перед собой. Протискиваться сквозь неё. Самолёту мешает воздух. Его тоже приходится раздвигать и протискиваться. А у ракеты на орбите нет ни ухабов дороги, ни вязкой воды, ни густого воздуха. Ей не надо вертеть колёса, винты, пропеллеры. Не надо работать. Вот она и летит «просто так».
Мы уже говорили — воздух полностью сходит на нет лишь на очень больших высотах. Настоящий «пустой» космос начинается только где-то за несколько тысяч километров от Земли. Если ракета вышла на более низкую орбиту, она вечно на ней не продержится. Даже ничтожные следы воздуха всё же будут её понемногу тормозить. Скорость постепенно снизится. Ракета начнёт терять высоту, с разгона врежется в плотные слои атмосферы и сгорит. Если в ракете осталось топливо, можно заблаговременно включить двигатель, немного разогнать ракету и восстановить необходимую скорость. А если топлива нет — гибель неизбежна. Все наши спутники, летающие на высотах в несколько сот километров, не вечны. Летают месяц, год, десятки лет. Смотря по тому, на какую высоту запущены. А потом в конце концов все они погибают, сгорают в атмосфере. И только те, что запущены на высоту в несколько тысяч километров, будут летать там вечно. Без всяких двигателей. Им там действительно ничто не мешает. У них орбита «железная».
3. СТЫКОВКА
Итак, двигатель выключен. Мы вышли на орбиту. Стали спутником Земли. Можно спокойно переходить к следующему этапу — идти на встречу с орбитальной станцией.
Но до этого давайте кое в чём разберёмся.
Представим себе орбиту в виде проволочного кольца. Натянем на него мысленно тонкую плёночку. Как бабушка натягивает на пяльцы платочек. Эта воображаемая плёночка называется «плоскость орбиты». Она обязательно должна проходить через центр земного шара. Поэтому спутники Земли не могут летать как угодно, по любым кругам. Не могут, скажем, кружить над полюсом. Или над какой-нибудь одной страной. Их орбита должна опоясывать земной шар по самому широкому месту. Как бы разрезая его своей плоскостью на две равные половинки.
Орбита может «лежать», опоясывая Землю по экватору. Может «стоять», проходя через оба полюса. Может быть наклонена вбок. Это бывает чаще всего.
Земной шар вращается. За сутки он делает один оборот вокруг своей воображаемой оси. А орбита стоит на месте. Земля как бы вертится внутри неподвижного «колечка», с которым она никак не связана. Если орбита наклонена к экватору, то под ней плывут одна за другой разные страны мира. Как льдины в реке, когда смотришь на них с моста. А спутник, летающий по этой орбите, дом витке проходит над новыми местами.
И станция, и мы мчимся в космосе с огромной скоростью — восемь километров в секунду. Если с такой скоростью лететь на встречных курсах или даже наперерез друг другу, ничего хорошего не получится. Произойдёт не встреча, а столкновение, катастрофа. От страшного удара и наша ракета с космическим кораблём, и станция взорвутся, превратятся в огонь, дым, пар. От них не останется ни пылинки. С Земли увидят лишь быстро тающее облачко раскалённых газов.
Поэтому главное условие успешной встречи — надо лететь в одну и ту же сторону, на параллельных курсах.
Вспомните земные примеры. Если два всадника скачут параллельно, они вполне могут на полном скаку сблизиться и скакать рядом. Могут при этом и разговаривать, и даже пожать друг другу руки. Военные самолёты, когда идут в строю, очень близко подходят друг к другу, летят «крыло в крыло».
По счастью, встречных курсов в космосе почти не бывает. Как правило, космические аппараты запускаются в восточную сторону. Но вот пересекающихся курсов там сколько угодно. Потому что плоскости орбит могут быть и наклонены и повёрнуты как угодно.
А как летим мы? Нам не грозит столкновение со станцией?
Нет, не грозит. И вот почему.
Станция ходит по орбите. Внутри её орбиты вращается земной шар. Нашу ракету на старте держали наготове, ждали, когда космодром «проплывёт» под орбитой станции. Когда этот момент наступил, нас запустили в ту же сторону, в какую летит станция. Плоскости наших орбит совпали, и мы пошли параллельными курсами.
Не страшно, что сама станция оказалась при этом далеко от нас, где-то на другой стороне земного шара. Не страшно, что наши орбиты отличаются по высоте. Всё это легко поправимо. Мы перейдём на орбиту станции и сблизимся с ней. Для этого в космосе можно маневрировать. Этим мы сейчас и займёмся. Но сперва вспомним, как сейчас летит наша ракета.
При разгоне она летела носом вперёд. Потому что двигатель толкал её сзади, в хвост. И потому, что острым носом она должна была разрезать воздух, «протискиваться» сквозь него. Как самолёт.
Сейчас, на орбите, совсем другое дело. Двигатель не работает и не толкает ракету. Воздуха нет, путь свободен. Ракета теперь медленно, незаметно для нас кувыркается. Она может лететь и боком, и хвостом вперёд, как угодно. Подобно лодке без гребцов и мотора, плывущей по течению.
Но в баках ракеты осталось топливо, двигатель можно включить. И здесь всё будет зависеть от того, куда смотрит нос ракеты. Если вперёд, двигатель разгонит ракету быстрее. Если назад — притормозит. Если вбок — изменит направление полёта. Один и тот же двигатель годится на всё.
Как же повернуть ракету носом в нужную сторону?
Для этого служат двигатели ориентации. Это совсем крохотные реактивные двигатели. Стоят они в хвосте ракеты и направлены соплами в разные стороны. Их можно включать на момент и сразу выключать. Они слегка подталкивают хвост ракеты в ту или другую сторону. Она начинает медленно поворачиваться, как будто подвешена за серединку на верёвочке. Когда развернётся до нужного положения, включается на момент противоположный двигатель и встречным толчком останавливает вращение. Включая попеременно разные двигатели ориентации, можно развернуть, или ориентировать ракету носом в любую сторону. А потом удерживать её в этом положении, чтобы она самовольно не ушла.
Но где станция? Какой нужен манёвр для сближения с ней?
Мы вышли, оказывается, на орбиту более низкую, чем у станции. Нам надо подниматься.
Помните, как мы в прошлой главе стреляли из пушки? Когда увеличивали скорость снаряда — траектория его распрямлялась. Вот и нам сейчас надо распрямить немного нашу траекторию, чтобы начать удаляться от Земли, подниматься выше. Значит, надо увеличить нашу скорость, разогнать ракету побыстрее.
Ну что ж, всё ясно. Теперь мы всё знаем. Садимся рядом с космонавтом — командиром нашего корабля — и будем управлять ракетой вместе с ним.
Прежде всего двигателями ориентации разворачиваем ракету носом вперёд и «закрепляем» её в этом положении. Вот так. Теперь включаем основной, или маршевый, двигатель. Он начинает давить на нас сзади, толкать вперёд. Разгоняет.
Хватит! Выключаем! Ракета уже пролетает в каждую секунду не восемь, а восемь с половиной километров. Продолжая огибать Землю, мы начали понемногу удаляться от неё. Так сказать — «пошли в горку».
Наш полёт можно сравнить сейчас с полётом обычного мячика, брошенного наклонно вверх, к небу. Как он летит? Постепенно замедляет свой полёт, плавно заворачивает к Земле и начинает снижаться, падать вниз, разгоняясь всё быстрее. То же самое происходит и с нами. Мы поднимаемся, но скорость наша постепенно падает. Подъём замедляется. Вот мы поднялись на нужную нам высоту, коснулись орбиты станции. Но скорость наша упала до семи с половиной километров в секунду — меньше круговой. С такой скоростью нам здесь не удержаться. Мы сейчас плавно завернём к Земле и начнём снижаться. «Покатимся с горки вниз».
