В поисках точки старта

Вообразите, что вы баллистик. Вам задан вопрос: где расположить точку старта ракеты, чтобы обеспечить выведение спутников на орбиты с наклонением от 30 до 90°?

Если не обращать внимание на свойства движения спутника относительно вращающейся Земли, то ваши рассуждения могут строиться примерно так. Район, где предполагается построить старт для ракеты, должен удовлетворять следующим основным требованиям:

- ровная местность;

- малонаселенность в направлении пуска ракеты и районах падения отработавших ступеней;

- наличие подъездных путей;

- наличие достаточного пространства для размещения средств стартового комплекса, служебных помещений, жилья и т. д.

Все это безусловно правильно, но совершенно не учитывает баллистических требований к орбитам спутников. Как же влияют эти требования на выбор места старта? Когда мы говорили о полете спутника относительно Земли, то установили, что трасса его полета не выходит за широты, численно равные наклонению плоскости орбиты. Вследствие этого, проектируя выведение спутника на орбиту с наклонением 30°, мы должны точку старта расположить на широте, не превышающей 30°. Если точку старта расположить севернее, то трасса полета спутника с наклонением плоскости орбиты 30° не дойдет до этой точки. Значит, чтобы выйти на эту трассу, необходимо спутнику после выведения на орбиту совершить сложный пространственный маневр и затратить на это много топлива. В свою очередь это повлечет к увеличению веса ракеты, усложнению управления ею и в конечном счете возрастанию ее стоимости. Вот к чему может привести необоснованный выбор точки старта! В рассматриваемом случае точку старта целесообразно выбирать на участке Земли, расположенном в полосе между экватором и параллелью с широтой 30°. Кстати, следует указать, что с территории Советского Союза прямой (без маневра) вывод спутников на орбиты с наклонением 30° невозможен. При старте с космодрома Байконур (откуда производился взлет всех советских пилотируемых кораблей), расположенного на широте примерно 48°, невозможно создание орбит с наклонением менее 48°. Не случайно наклонение плоскостей орбит кораблей-спутников "Восток", "Восход" и "Союз" превышает 48°.

Но это еще не все. Если вы внимательно следили за запусками искусственных спутников Земли, то не могли не обратить внимание на одно странное обстоятельство: ни одна из орбит спутников, запускаемых как в Советском Союзе, так и в США, не имеет наклонения, выходящего за пределы от 0 до 90°.

В чем дело? Оказывается, вот в чем. Вместе с Землей вращаются все предметы, в том числе и стартующая ракета. Значит, когда ракета установлена на стартовом столе, она уже имеет некоторую скорость относительно центра Земли, направленную на восток вдоль параллели. Наибольшее значение эта скорость имеет на экваторе и составляет примерно 460 м/сек, а с перемещением к полюсам убывает в полюсах и становится равной нулю. Ракетчикам эта скорость достается "бесплатно". Когда баллистики рассчитывают выведение спутника на орбиту, они, конечно, учитывают ее. И чтобы полнее использовать эффект вращения Земли, необходимо выведение на орбиту осуществлять как можно ближе к направлению на восток.

Вот только по этой причине и выбираются наклонения орбит от 0 до 90°, соответствующие старту в восточном направлении. Если же взлет ракеты осуществлять в западном направлении, то, ничего нового не получая с точки зрения трассы полета спутника, мы значительно проиграем в весе ракеты, поскольку необходим дополнительный запас топлива на компенсацию скорости вращения Земли. Стартуя строго в восточном направлении, т. е. полностью используя скорость вращения Земли, получим орбиту, наклонение которой будет равно широте точки старта. Если же взлетать в других направлениях, то скорость вращения Земли не будет использоваться полностью. Отсюда следует, что с целью уменьшения стартового веса ракеты, предназначенной для выведения спутника на орбиту с заданным наклонением, необходимо стартовую площадку строить на широтах, равных заданным наклонениям. Каждой орбите - свой старт. Для полярного спутника стартовую площадку необходимо было бы строить на Северном или Южном полюсе. Разумеется, что это совершенно немыслимо. Поэтому ценой некоторой потери эффекта скорости вращения Земли с одной и той же стартовой площадки производится запуск спутников Земли на различные орбиты.

Полезно еще напомнить, что советские корабли, стартующие с космодрома Байконур, находятся в несколько худших условиях, чем ракеты США: за счет более северного расположения полигона они "проигрывают" около 150 м/сек скорости. Американская ракета, установленная в Байконуре, не смогла бы выйти на орбиту спутника Земли; ей потребовался бы дополнительный запас топлива. В то же время советская ракета, стартуя с мыса Кеннеди, имела бы избыток топлива и он мог бы быть использован на увеличение веса полезной нагрузки. А это увеличение может составлять ни мало ни много, а целые тонны. Вот что значит выбор точки старта!

По одной из гипотез Луна образовалась в результате разделения Земли. В таком случае, по-видимому, в то время, когда она "выходила" на естественную орбиту спутника Земли, она полностью использовала эффект вращения Земли, поскольку ее движение вокруг Земли происходит в направлении с запада на восток, и наклонение орбиты не превышает 30°.