Текст книги "С думой о Земле"
Автор книги: Владислав Горьков
Соавторы: Леонид Кизим,Анатолий Березовой
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 14 страниц)
Установщик жестко крепится к фундаменту. А вслед за этим поплыл вверх конец стрелы подъема, унося РКК на пусковую систему. Через несколько минут ракета-носитель стоит вертикально в проеме стартового сооружения. С помощью гидроопор и винтовых стяжек совмещаются оси РКК и пусковой системы. На пусковую систему подается напряжение, и включаются установки подъема опорных ферм. Следящие системы строго синхронизируют их движение, и все четыре одновременно подходят к ракете-носителю, замыкая силовой пояс. Теперь РКК можно передать пусковой системе. Размыкаются связи РКК со стрелой установщика, стрела опускается, и установщик уходит в МИК. А на стартовом сооружении включается система стабилизации, которая с точностью до нескольких угловых секунд устанавливает почти тысячетонное сооружение в положение, обеспечивающее строгую вертикальность ракеты-носителя.
Подъем РКК из горизонтального в вертикальное положение является достаточно сложной в техническом отношении задачей. А поскольку операции стыковки, проверок и испытаний в МИК осуществлялись в нерабочем (горизонтальном) положении, после установки РКК на пусковую систему проводят повторные испытания наиболее ответственных узлов и агрегатов в той же последовательности, что и на технической позиции – последний экзамен на готовность к полету. К РКК подводятся фермы и кабина обслуживания, кабельная и заправочная мачты, поднимаются рукава заправочных систем, пневматические колодки газовых коммуникаций и штепсельные разъемы кабельных соединений. Как и на технической позиции, автономные испытания проводятся при помощи контрольно-измерительной, а комплексные – проверочно-пусковой аппаратуры, основная часть котором располагается в бункере командного пункта. При испытаниях проверочно-пусковой аппаратурой в отличие от контрольно-измерительной фиксируются не только параметры агрегатов, систем и их соответствие заданным требованиям, но и этапы выполнения ими своих функций, начальное и конечное состояние.
Далее идут заключительные операции, наиболее ответственная из которых – заправка ракеты-носителя топливом и сжатыми газами. Этот процесс полностью автоматизирован. Центр управления заправкой находится в бункере, где размещены пульты управления, контроля и сигнализации. Перед заправкой трубопроводы и баки окислителя – жидкого кислорода – продувают азотом, чтобы удалить из них остатки влаги и воздуха во избежание образования кристаллов льда. Затем мощные насосы по магистральным трубопроводам с большой скоростью подают компоненты топлива из хранилищ в стартовое сооружение. Отсюда по отдельным рукавам топливо поступает в баки ракеты-носителя. Одновременно в ракету-носитель подаются сжатые газы. Процесс заправки отображается на световых пневматических схемах, а измерительные приборы, стоящие в разных местах заправочных коммуникаций, контролируют параметры и дозу подаваемых компонентов. Вместе с заправкой производятся последние настройки приборов системы управления на выполнение полетного задания. Закончена заправка. Отсоединяются заправочные коммуникации, убирается в нишу кабина обслуживания.
А в это время в МИК, в помещении для надевания скафандров идет последняя дружеская беседа тех, кто улетает в космос, и тех, кто остается на Земле. Закончилась встреча, и космонавты уезжают на старт.
2 марта. Сегодня здесь особенно оживленно, но тем не менее традиционный порядок соблюдается полностью. Последние интервью у трапа, и космонавты скрываются в лифте. Начинает смеркаться. Дует колючий пронизывающий ветер. Но люди, чувствуя ответственность наступающего момента, не замечают этого. Каждый занят своим делом.
18 часов 28 минут. У основания ракеты-носителя появляется знакомая вспышка. Так и хочется вспомнить гагаринское «Поехали!». Через несколько секунд после старта ракета-носитель, немного наклонясь, ложится на заданный курс. Это автоматы, установленные на ее борту, командуют движением. «Расписавшись» в инверсионном слое, ракета-носитель удаляется от Земли. Через минуту крестообразный факел ее двигателей становится не больше огонька зажженной спички. Вот гаснет и этот огонек, и тут же зажигается новый.
На самом деле произошел оптический обман. Кто входил с улицы в слабоосвещенное подвальное помещение, тот знает, что прежде, чем двигаться дальше, надо привыкнуть к освещению. Так и тут. Из пяти блоков четыре прекратили работу, а нам показалось, что «огонек» пропал. Сбросив, как ненужный груз, отработавшую первую ступень, ракета-носитель полетела еще быстрее. Затем события повторяются: отработала вторая ступень, зажглись двигатели третьей. На краю горизонта видна еле заметная мерцающая точка. Еще секунда – и она пропала из виду. Теперь уже все стали более внимательно прислушиваться к голосу телеметриста, который почти по-левитановски, через каждые десять секунд сообщает о работе бортовых систем и агрегатов. И, наконец, долгожданное:
– Корабль вышел на орбиту!
Когда улеглись первые страсти, чехословацкие товарищи, впервые присутствовавшие при запуске космического корабля, стали делиться впечатлениями. Есть в процессе выведения корабля на орбиту момент, который испытывает любой человек, впервые присутствующий при пуске ракеты-носителя. Дело в том, что в начале подъема, причем в каком бы месте от старта вы ни находились, создается впечатление, что ракета-носитель «заваливается» на вас. Это неприятное ощущение пережили и наши гости.
15 июня 1978 года. Опять ночь. Такова уж «судьба» экипажей длительных экспедиций. Время запуска определяют баллистики. Они рассчитывают так называемые «окна старта», то есть допустимый интервал времени запуска РКК, при котором обеспечивается надежная встреча транспортного корабля и орбитальной станции, а также возвращение экипажа на Землю после окончания программы полета до захода Солнца.
Итак, снова предстартовая ночь. Тихая и по-южному теплая. В 23 часа 17 минут берет старт «Союз-29» с космонавтами В. Коваленком и А. Иванченковым. Необыкновенное впечатление произвел этот запуск на группу поисково-спасательной службы, самолеты которой, как пограничники, выстроились по трассе полета РКК. В тот самый момент, когда с наблюдательного пункта стартового комплекса факел двигателей третьей ступени превратился в еле заметную мерцающую точку, с борта самолета картина представляется иначе: эта точка постепенно начинает разрастаться. Меняется и ее цвет – от фиолетового до красного. Так преображают ее лучи утреннего солнца, навстречу которому летит ракета-носитель. Постепенно разрастаясь сначала до размеров теннисного мяча, а потом еще больше, она окрашивает горизонт багряным заревом.
Но вернемся на Землю. После того как «опустела» стартовая площадка, люди, обслуживающие запуск корабля, уезжают в город. Каков же он, этот город, с чьим именем связаны памятные даты штурма космоса?
Город небольшой, насчитывает всего несколько десятков тысяч жителей. Он молод, и, как во всяком молодом городе, здесь много детей. Для них созданы тенистые ясли и сады, школа и техникум, а тем, кто постарше, – специальные учебные заведения. Дворец пионеров и школьников – одно из самых красивых зданий города. Есть в городе Дворец спорта с бассейном, стадионом, покрытым зеленым ковром привезенного сюда дерна, баскетбольными и волейбольными площадками. Желающие могут провести время в библиотеках с просторными читальными залами, кинотеатрах, Дворце культуры. На берегу реки оборудован пляж, а рядом местная «Мацеста» – источник, во все времена года привлекающий людей теплой сероводородной водой.
Особое место в городе занимает комплекс подготовки космонавтов или, как его здесь называют, гостиница «Космонавт». Вынесенный немного в сторону от жилого массива, это, пожалуй, самый зеленый уголок города. Здесь имеются классы для занятий по программе технической и научной подготовки, спортивный комплекс для исследования состояния здоровья и наблюдений за подготовкой космонавтов к полету и в период реадаптации, кинозал, библиотека.
Отсюда 27 июня 1978 года вышел автобус со вторым интернациональным экипажем в составе космонавтов П. Климука и М. Гермашевского. В 18 часов 27 минут корабль «Союз-30» ушел со старта.
7 июля и 8 августа с Байконура ушли грузовые корабли «Прогресс-2» и «Прогресс-3». Пополнив свои запасы, «Салют-6» был готов принять на работу третий интернациональный экипаж. 26 августа 1978 года в 17 часов 51 минуту принял старт «Союз-31» с космонавтами В. Быковским и З. Йеном. А на «конвейере» Байконура уже готовился к запуску «Прогресс-4». Надо сказать, что Байконур – это не только место запуска космических аппаратов, но и научно-испытательный центр, под постоянным наблюдением которого проводятся все работы. Анализируя и систематизируя результаты подготовки и запусков РКК, космодром выдает рекомендации по совершенствованию ракетно-космической техники.
25 февраля 1979 года ракета-носитель с космическим кораблем «Союз-32» возвышается над бело-рыжей степью. Сегодня в 14 часов 54 минуты из бункера управления будет дан старт космонавтам В. Ляхову и В. Рюмину. Бункер управления, расположенный за откосом газоотводного канала, представляет собой заглубленное помещение, в котором находятся пульты всех систем комплекса. Здесь последовательно фиксируется прохождение и исполнение команд. Заключительные операции проводит пускающий. Поворотом стартового ключа в положение «старт» он вводит в действие автоматику запуска двигательной установки ракеты-носителя. С этого момента вся информация поступает на его пульт. «Понятна особая ответственность пускающего, – комментирует этот запуск Г. С. Титов. – Он обязан не только хорошо знать, но буквально чувствовать ход подготовки к старту. Для принятия решений ему отводятся считанные секунды – ведь оператор должен обеспечить пуск в точно назначенное время. Для таких стартов, как этот, когда кораблю предстоит стыковка с „Салютом“, особенно важно точное соблюдение момента старта. Поэтому в действие вводится еще и временной механизм старта, который не позволит нарушить назначенный срок». И вот временной механизм старта начал отсчет времени. Отходят заправочная и кабельная мачты. Только собственный вес удерживает РКК на Земле. Еще несколько секунд, и мощные двигатели ракеты-носителя понесут корабль на орбиту.
…Прошло полмесяца. Космонавты приняли грузовой корабль «Прогресс-5», и орбитальный научно-исследовательский комплекс вновь был готов к встрече интернациональных экипажей.
Накануне 10 апреля, когда должен был стартовать «Союз-33», на космодроме испортилась погода. В течение двух суток сильнейший ветер носил в воздухе тонны песка и пыли. Облака пыли временами были настолько плотными, что в них меркли лучи солнца. Предстартовая подготовка РКК проходила в тяжелейших условиях. К вечеру 10 апреля погода улучшилась, и в 20 часов 34 минуты был запущен корабль «Союз-33» с интернациональным экипажем в составе Н. Рукавишникова и Г. Иванова.
На долю этих космонавтов выпала участь испытать свою выдержку, умение действовать в нештатных ситуациях. Дело в том, что в процессе сближения со станцией возникли отклонения от штатного режима в работе сближающе-корректирующей двигательной установки корабля «Союз-33», и стыковка была отменена. Космонавты вернулись на Землю. Для выяснения причин неполадок нужно было время. Дальнейшая программа работ как В. Ляхова и В. Рюмина, так и космодрома была скорректирована. Космодром подготовил и запустил грузовые корабли «Прогресс-6», «Прогресс-7» и транспортный корабль «Союз-34», которые обеспечили программу 175-суточного пребывания В. Ляхова и В. Рюмина в космосе.
8 апреля 1980 года. Весна почти повсеместно запоздала в этом году. Запоздала она и здесь, на Байконуре. Степь лежит еще бурая, а подснежники, которые в это время обычно дарят будущим космонавтам, пока не появились. Экипажу, присутствующему на заседании Государственной комиссии, предстоит полугодовой полет. Председатель Государственной комиссии оглашает решение. Старт «Союза-35» с космонавтами Л. Поповым и В. Рюминым назначен на 16 часов 38 минут 9 апреля. Затем состоялась традиционная предстартовая беседа журналистов с космонавтами.
О последних днях подготовки к полету рассказывает командир корабля.
– Это, как обычно, весьма напряженные дни, – говорит Л. Попов. – Отрабатывается бортовая документация, особое внимание уделяем первоочередным задачам. Одна из главных – предстоящая стыковка с «Салютом». Здесь, на космодроме, смонтирован тренажер, позволяющий воспроизводить действия экипажа на орбите, и мы на нем занимались.
Вспомнили журналисты, как перед отъездом на космодром пошутил В. Рюмин: «Сроду не получал от себя писем. А теперь, видно, придется почитать. Оставил на станции конверт с пожеланиями будущей экспедиции. Тогда не знал, что полечу». На вопрос, что в письме, В. Рюмин отвечает: «Вот встретимся со станцией, узнаете».
Вслед за основной экспедицией с космодрома Байконур одна за другой стартуют экспедиции международных экипажей в составе представителей СССР, ВНР, СРВ, Кубы: 26 мая в 21 час 21 минуту – В. Кубасов и Б. Фаркаш, 23 июня в 21 час 33 минуты – В. Горбатко и Ф. Туан, 18 сентября в 22 часа 11 минут – Ю. Романенко и Т. Мендес. А накануне этих запусков к станции стартовали «Прогрессы», поддерживающие работоспособность станции и жизнедеятельность космонавтов.
Космическая одиссея международных полетов с участием космонавтов социалистических стран в 1980 году закончилась 11 октября. В 12 часов 50 минут в районе города Джезказгана космонавты Л. Попов и В. Рюмин возвратились на Землю. За время своего полета они не только выполнили большой объем научных исследований. Они внесли существенный вклад в дальнейшее продление работоспособности «Салюта-6», дали ему путевку в четвертый год полета над планетой. Затем последовал старт Л. Кизима, О. Макарова и Г. Стрекалова. Наряду с испытаниями корабля «Союз Т-3» они подготовили станцию к приему пятой основной экспедиции.
И снова весна, теперь уже 1981 года. Когда 12 марта в Москве было 22 часа, на Байконуре стрелки часов открыли счет новым суткам. «Сороковой» и «пятидесятый» космонавты В. Коваленок и В. Савиных приняли старт на корабле «Союз Т-4». Этим первым эксплуатационным рейсом нового корабля начался, как сказал руководитель подготовки советских космонавтов В. Шаталов, счет космическим свершениям новой пятилетки. Через 10 дней в 17 часов 59 минут корабль «Союз-39» с космонавтами В. Джанибековым и Ж. Гуррагчей продолжил эстафету космических стартов интернациональных экипажей.
14 мая 1981 года. Настал старт последнего интернационального экипажа по программе «Интеркосмос» – Л. Попова и Д. Прунариу. Символично, что это событие отметила и природа: над космодромом пронеслась гроза, громом и молниями салютуя космонавтам и, конечно же, людям, подготовившим к запуску ракету-носитель и корабль «Союз-40».
Пройдут годы, и облик космодрома изменится, как меняется все, что связано с деятельностью человека. Но не изменится память о тех событиях, свидетелями которых нам довелось быть.
Что такое КИК
Миллионы людей, пользующихся ныне междугородним телефоном, телеграфом, телевидением, принимают как должное то, что их обслуживают через спутники связи. Никого не удивишь сегодня и тем, что спутники помогают отыскивать полезные ископаемые и суда, терпящие бедствие, уточнять прогноз погоды и прокладывать маршруты по морям и океанам, осуществлять контроль за окружающей средой и изучать Солнце, космические лучи, звезды… Но, наверное, не каждому известно, что после выведения спутника на орбиту все это становится возможным благодаря труду многих коллективов, и прежде всего командно-измерительного комплекса (КИК).
«Большинство персонала КИК, – говорит летчик-космонавт СССР Г. С. Титов, – выпускники вузов и техникумов. Они быстро осваиваются в необычных условиях и постигают премудрости сложной техники. Овладевать знаниями и навыками молодым специалистам помогают опытные и требовательные наставники – инженеры и ученые, долгие годы работающие в КИК. Именно они поехали в дальние края, чтобы там, на местах будущих измерительных пунктов, забить колышки и установить палатки, эти первые ласточки всех строек – малых и великих».
Состав и основные принципы построения средств КИК были разработаны советскими учеными в середине 50-х годов по заданию С. П. Королева. На первых порах комплекс обеспечивал контроль и управление одиночными космическими аппаратами. По мере повышения интенсивности запусков, усложнения программ полета, появления специализированных космических систем КИК рос технически и организационно. Увеличивалось число наземных командно-измерительных пунктов. Для повышения надежности и непрерывности контроля и управления космическими аппаратами были созданы плавучие командно-измерительные пункты – научно-исследовательские суда АН СССР. С целью расширения зоны радиовидимости стационарных пунктов КИК пополнился самолетными измерительными пунктами. Созданы центры управления полетом различных типов космических аппаратов, оснащенных современной техникой и средствами связи.
Современный КИК – это уникальный по сложности и техническим возможностям высокоорганизованный и автоматизированный комплекс управления всеми функционирующими в космическом пространстве аппаратами. Вместе с тем явного территориального единства он не имеет, поскольку понятие это организационно-техническое. Он насчитывает в своем составе около 30 наземных, плавучих и самолетных командно-измерительных и измерительных пунктов, расположенных на территории СССР и в акватории Мирового океана, несколько центров управления полетом, координационно-вычислительный центр. Все они связаны между собой и оснащены различными видами каналов связи.
Основным органом управления является координационно-вычислительный центр (КВЦ). Он оценивает общую космическую обстановку, координирует работу центров управления полетом, служб и средств КИК, обеспечивает взаимодействие с космодромами и организациями, участвующими в выполнении конкретной программы полета. Центр управления полетом (ЦУП) – главный орган автоматизированной системы управления космическими аппаратами данного типа. Здесь работают специалисты, руководящие всем процессом управления их движением, функционированием и выполнением целевой задачи.
Вся организационно-техническая структура КИК направлена на выполнение возлагаемых на комплекс задач: управление космическим полетом, траекторный и телеметрический контроль, прием научной и прикладной информаций, радиосвязь с космонавтами.
Управление полетом космических аппаратов осуществляется с помощью радиокоманд. В большинстве случаев эти команды передаются на командно-измерительный пункт из ЦУП, заблаговременно телеграммой или по телеграфному каналу. Однако не исключается их передача и «транзитом». Такой режим работы радиолиний обычно соответствует нештатным ситуациям.
Программы и команды управления передаются с помощью командных радиотехнических станций, устанавливаемых на командно-измерительном пункте (КИП). Каждая станция имеет пульт выдачи команд, программно-временное устройство для автоматической выдачи команд и программ, аппаратуру кодирования командной информации, радиопередатчик и антенну.
Однако, прежде чем приступить к управлению работой космического аппарата, необходимо знать параметры его движения. Их определяют с помощью станций траекторного контроля. Данные измерений после предварительной обработки на пункте кодируют и отправляют в ЦУП. Здесь сосредоточиваются данные измерения параметров движения, привязанные по времени и к географическим координатам КИП. Результаты расчетов на ЭВМ – текущие и прогнозируемые параметры орбиты – используются для управления и планирования работы с данным космическим аппаратом.
Сведения о состоянии бортовых систем, режимах их работы и других характеристиках дают радиотехнические станции телеметрического контроля. Как и при радиоконтроле орбиты, телеметрическая информация нужна для управления полетом спутников, а иногда и траекторных расчетов (например, момент выключения тормозной двигательной установки при спуске космического аппарата на Землю). Следует, правда, отметить и ее самостоятельное значение. Ведь конечная цель космических запусков – получение информации. А разницы в технике передачи научной (прикладной) и телеметрической информации нет. Отличие, может быть, заключается лишь в том, что для приема научной (прикладной) информации используются специальные пункты ее приема.
Подготовка радиотехнических станций к сеансу связи начинается с включения и автономной проверки отдельных постов аппаратуры, установки заданных режимов и кодов, настройки на заданные частоты. Затем переходят к комплексной проверке станции или группы станций, участвующих в предстоящем сеансе. Подготовка к сеансу связи включает также выставку антенн в исходное положение по целеуказаниям. В расчетное время начинается поиск сигналов, посылаемых со спутника или межпланетной станции. После их обнаружения следует управление по программе, которая разрабатывается на предстоящий сеанс связи операторами или с помощью ЭВМ.
Первоначально пункты оснащались специализированными станциями радиоконтроля орбиты, передачи команд, приема телеметрической и научной (прикладной) информации. По мере накопления опыта стало понятно, что решение возложенных на них задач целесообразно осуществлять одновременно. Так возникли многофункциональные радиотехнические системы, представляющие в настоящее время основной парк радиотехнического оборудования КИП.
Трасса полета
При запуске космического аппарата специалисты КИК каждый раз решают две взаимосвязанные задачи. Первая заключается в расчете трассы полета, вторая – в определении конкретных пунктов, способных обеспечить благоприятные условия работы со спутником. Это необходимо прежде всего для организации устойчивой двусторонней радиосвязи с Землей, без чего невозможны управление полетом, контроль траекторного движения, передача научной и телеметрической информации.
Эти задачи нередко бывают и противоречивыми. Дело в том, что целевое назначение каждого спутника требует вполне определенной орбиты, и может случиться так, что часть наземных измерительных средств будет перегружена работой, в то время как другая использоваться слабо. Поставленная проблема напоминает ту, которую решают работники городского транспорта: как проложить маршруты, чтобы обеспечить удобную и быструю доставку людей к месту их следования. Естественно, чем крупнее город, тем труднее совместить удобство и быстроту передвижения. А в космосе все обстоит гораздо сложнее.
Чтобы понять сущность рассматриваемых задач, совершим небольшой экскурс в теорию космического полета. Если бы не было вращения Земли, возмущений, вносимых ее фигурой и атмосферой, Солнцем, другими планетами в орбиту полета, то трасса – след летящего спутника на поверхности нашей планеты – все время оставалась бы неизменной. Но Земля вращается, и это вызывает смещение трассы с каждым витком. Как же его определяют специалисты?
Точное решение задачи возможно только с помощью ЭВМ, но для оценки достаточно и элементарных расчетов. Поскольку скорость вращения Земли вокруг своей оси составляет 15 градусов в час, то нетрудно определить и смещение трассы за виток. Если период обращения спутника составляет 90 минут, то начало очередного витка сместится на запад на 22,5 градуса, или на 2500 километров (на экваторе один градус равен 111 километрам). С увеличением широты количество километров, соответствующее одному градусу, уменьшается.
Форма трассы в основном определяется периодом обращения спутника, скоростью вращения Земли и наклонением плоскости орбиты. Период вносит, пожалуй, наибольшее разнообразие в очертание трассы. Для абсолютного большинства низколетящих спутников с направлением движения на северо-восток либо юго-восток трасса представляется синусоидой. С увеличением высоты форма ее непрерывно изменяется. Сжимаясь, словно пружина, она по достижении периода, равного 24 часам, превращается в восьмерку. При дальнейшем его увеличении форма трассы в общем случае не описывается известными геометрическими фигурами. Значит, чем выше летит спутник, тем большую роль в очертаниях трассы играет вращение Земли.
Форма трассы существенным образом зависит не только от периода, но и от наклонения плоскости орбиты. Так, при полете с востока на запад (наклонение больше 90 градусов) характер следа спутника меняется настолько, что исчезает возможность получения синусоидообразных трасс. А с уменьшением наклонения восьмерка, о которой говорилось выше, постепенно сужается и при нуле стягивается в точку. В этом случае говорят, что спутник находится на геостационарной орбите.
Одно из важнейших условий при связи со спутником – его прямая или визуальная видимость с поверхности Земли. Но как же оценить, насколько долго радиотехнические средства держат связь со спутником?
Наверное, многие видели на ночном небе маленькие яркие звездочки-спутники. Радиосредства «видят» лучше человека, но и их возможности ограничиваются горизонтом. Так, при высоте круговой орбиты около 2 тысяч километров время пребывания спутника в зоне радиовидимости составляет около 10 минут, а при высоте 20 000 километров – 4,5 часа. Значит, чем выше над планетой спутник, тем больше зона радиовидимости для каждого наземного пункта.
Увеличивается она не безгранично. С высоты геостационарной орбиты видна почти половина всей Земли, и, следовательно, ее предельная величина как раз и достигается в этом случае. С другой стороны, наибольшая продолжительность сеанса связи соответствует прохождению трассы непосредственно над антенной наземного пункта. Однако это бывает редко. В основном след находится на некотором расстоянии от центра зоны радиовидимости, и, естественно, чем это расстояние больше, тем короче сеанс связи.
Чтобы за несколько минут провести радиосеанс с низколетящим спутником, нужно точно знать, откуда и когда он появится, куда будет держать курс в дальнейшем. Эту информацию получают, рассчитав трассу полета спутника. Она дает возможность определить, в какое время и над какими пунктами Земли пролетает спутник. А это позволяет разработать программу работы как бортовой, так и наземной аппаратуры, рассчитать время входа спутника в зону радиовидимости и дать целеуказания для радиотехнических станций. С расчетом трасс полета тесно связано определение параметров орбиты спутника, которые, в свою очередь, зависят от фигуры Земли.
Фигура Земли
ТАСС сообщает: «…в Советском Союзе произведен запуск очередного искусственного спутника Земли…» За этими короткими строками официальных сообщений стоит кропотливый, каждодневный и разносторонний труд советских людей. Начатый конструкторами, инженерами, техниками и рабочими, он завершается на космодроме. Именно здесь приобретает законченный образ и ракетно-космический комплекс, а испытатели проверяют его «характер». Отсюда, с космодрома, ракета-носитель выводит космический аппарат на орбиту нашей планеты, дает ему дорогу в жизнь.
Слово «дорога» мы употребляем не случайно. Покинув Землю и выйдя в космос, аппарат не может просто так проститься с ней. Любая его «дорога» – орбита спутника – находится в постоянной зависимости от нашей планеты, и именно Земля и ее атмосфера оказывают наибольшее влияние на орбиту спутника. Под их воздействием он то поднимается или опускается, то смещается влево или вправо.
Как и почему это происходит?
Невозмущенное движение спутника простейшее. Оно предполагает, что на космический аппарат действует только сила притяжения, то есть Земля является центральным телом сферической массы с заданным радиусом, а сопротивление атмосферы отсутствует. Положение космического аппарата в любой момент времени определяется шестью постоянными величинами, называемыми элементами, или параметрами орбиты. Все элементы орбиты при таком идеальном движении всегда остаются постоянными. В реальной обстановке все они изменяются. Каковы же основные причины, вызывающие возмущения элементов орбиты спутников?
Одна из них – конфигурация нашей планеты. История определения фигуры Земли берет свое начало с И. Ньютона. Исследования его продолжил французский математик и астроном А. Клеро. Он пришел к выводу, что Земля имеет форму сфероида, а ускорение силы тяжести на ее поверхности изменяется в зависимости от широты. Связав распределение силы тяжести со сжатием Земли, А. Клеро показал новые возможности в исследованиях фигуры Земли.
Спустя 100 лет английский физик Д. Стокс обобщил выводы А. Клеро и его последователей. В частности, он решил обратную задачу: как по известной силе тяжести построить фигуру Земли? Если бы Земля действительно была сфероидом, то наблюдаемая сила тяжести точно соответствовала бы нормальной, полученной А. Клеро. Разности силы тяжести – наблюдаемой и нормальной – характеризуют отступление реальной поверхности от сфероида, или, как сейчас называют, аномалии силы тяжести.
Д. Стокс построил уровенную поверхность фигуры Земли, и с этого времени ее стали представлять в виде эллипсоида вращения. Постепенно она уточнялась, но своего завершения не получила до сих пор. Каждое государство в своей практике использует собственные геофизические постоянные и тем самым имеет собственную модель фигуры Земли, которую может уточнять национальными средствами.
Особенности гравитационного поля планеты, обусловленные ее сжатием, вызывают постоянное вращение плоскости орбиты вокруг земной оси.
Эти возмущения называют вековыми.
В дополнение к вековым происходят различные периодические возмущения элементов орбиты. Наиболее существенные из них – колебания перигейного расстояния, вызываемого асимметрией Земли относительно экватора. При перемещении перигея от экватора на север расстояние перигея от центра Земли уменьшается на 0,8 километра, а при перемещении на юг увеличивается на ту же величину по сравнению с экваториальным расположением. Кроме того, имеют место некоторые малые короткопериодические возмущения элементов орбиты в течение одного витка, вызываемые более мелкими неоднородностями гравитационного поля.
Вторая причина, вызывающая возмущения элементов орбиты, – земная атмосфера. История изучения последней, а нас интересует верхняя атмосфера, началась в наши дни, незадолго до запуска первого спутника. Изучение атмосферы связано с решением двух важнейших вопросов теории полета: срока баллистического существования космического аппарата и влияния атмосферы на изменение элементов орбиты. Чтобы оценить влияние атмосферы, нужна ее модель. Теория строения атмосферы предлагает две модели: стационарную и динамическую. Первая исходит из того, что атмосфера Земли имеет сферическую структуру, а ее параметры с высотой изменяются.
