დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრთა სიჩქარეები და ორბიტები

მოსაზრება ხელოვნური თანამგზავრის შექმნის პრინციპული შესაძლებლობის შესახებ პირველად ნიუტონმა გამოთქვა. იგი ამბობდა: მაღალ მთაზე დადგმული ქვემეხიდან გასროლილი ყუმბარა მით უფრო შორს დაეცემა, რაც უფრო მეტია მისი სიჩქარე ლულიდან გამოსვლის მომენტში. ეს სიჩქარე შეიძლება იმდენად გაიზარდოს, რომ ყუმბარა დაეცეს ნებისმიერ წერტილში დედამიწის ზედაპირზე, ან ვაიძულოთ იგი შემოუაროს დედამიწას და, უფრო მეტიც, გავიდეს შორეულ სამყაროშო და განაგრძოს მოძრაობა უსასრულობისაკენ.

მიზიდულობის კანონიდან გამომდინარე, ნიუტონმა მიახლოებით გამოთვალა ის სიჩქარეები, რომლებიც აუცილებელია განავითაროს სხეულმა, რომ ის გახდეს დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრი ან სამუდამოდ მოსწყდეს მის ზედაპირს. ეს სიჩქარეები იმდენად დიდია, რომ იმ დროს, ალბათ არც კი შეეძლოთ წარმოედგინათ, რომ მათ განხორციელებას ადამიანი ოდესმე შეძლებდა.

ამ ვიდეოში კარგადაა ნაჩვენები თანამგზავრის კოსმოსში გაშვების ეტაპები

ხელოვნური თანამგზავრის ორბიტაზე მოთავსება ხდება რაკეტის საშუალებით...მრავალსაფეხურიან რაკეტას, რომელშიც დედამიწის მომავალი თანამგზავრია მოთავსებული, უშვებენ ატმოსფეროში ვერტიკალური მიმართულებით. ეს ხელსაყრელია საწვავი მასალის ეკონომიკის თვალსაზრისით. მართლაც, რაკეტული ძრავების მიერ გამოყოფილი ენერგიის უდიდესი ნაწილი იხარჯება რაკეტის მოძრაობის საწინააღმდეგოდ მიმართული ატმოსფეროს ხახუნის ძალისა და დედამიწის მიზიდულობის ძალის დაძლევაზე. ეს ძალები სიმაღლის მიხედვით მცირდება უფრო სწრაფად, როცა რაკეტა მოძრაობს ვერტიკალური მიმართულებით.

კოსმოსური სამყაროს სივრცე ისეთი გარემოა, სადაც ღრმა ვაკუუმია (სიცარიელეა) და ამიტომ იქ მოძრაობისათვის გარეგანი დასაყრდენი გარემო არ აარსებობს. ამგვარად, ჩვეულებრივი ძრავა, როგორი დიდი სიჩქარის განვითარების უნარიც არ უნდა ჰქონდეს მას, კოსმოსურ სამყაროში მოძრაობისთვის გამოუსადეგარია. მაგრამ ადამიანმა ასეთი პირობების შესაბამისი სამოძრაო საშუალებაც გამოიგონა. ეს არის რეაქტიული ანუ რაკეტული ძრავა. ამ უკანასკნელის თავისებურებაა ის, რომ იგი სხეულს ანიჭებს მოძრაობას უკუმცემი ძალის ანუ რეაქტიული ძალის მეშვეობით.


ამრიგად, რეაქტიული ძალის პრინციპზე აგებული ძრავა ამოძრავებს რაკეტას მხოლოდ შინაგანი ძალების საშუალებით, რომლებიც ამ ძრავაში წარმოიშობიან. გარეგანი საყრდენი გარემო ჰაერის სახით მისთვის არამცთუ აუცილებელია,არამედ ისევე, ხელისშემშლელია,
როგორც წყალი ზემოხსენებულ მაგალითში.

შინაგანი ძალები რეაქტიულ ძრავაში წარმოიშობიან მის კამერაში მაღალკალორიანი სათბობი მასალის წვის შედეგად. წვის დროს გამოყოფილი გავარვარებული აირი იმყოფება აქ დიდი წნევის ქვეშ და ეძებს გამოსავალს. ასეთი გამოსავალი მას მოეპოვება მილის სახით, რომელსაც აირსაქშენი ეწოდება. აირსაქშენიდან დიდი სისწრაფით გამოედინება აირი და ქმნის რეაქტიული წნევის ძალას, რომელიც აირის მოძრაობის საწინააღმდეგო მიმართულებით მოქმედეს.

იმისათვის, რომ რაკეტამ გაიყვანოს თანამგზავრი მის ორბიტაზე, რომელიც წინასწარი გაანგარიშებითაა განსაზღვრული საჭიროა მან გარკვეული სიმაღლიდან იწყოს გადახრა ვერტიკალიდან და თანდათან მიიღოს დედამიწის ზედაპირის მიმართ პარალელური მდგომარეობა. ამ დროს რაკეტას უკვე ჩამოშორებული უნდა ჰქონდეს რამდენიმე საფეხური, ხოლო უკანასკნელს გაჰყავდეს იგი ორბიტაზე და ანიჭებდეს მას ელიფსურ სიჩქარეს, ე. ი. არა ნაკლებ 8 კილომეტრისა წამში.

ამ მოქმედებათა შესასრულებლად რაკეტაში მოთავსებულია მაპროგრამებელი ავტომატური სისტემა. მცირეოდენი შეცდომა დაპროგრამებაში ან შეფერხება ავტომატის მუშაობაში იწვევს რაკეტის მარცხს.

რაკეტის ორბიტაზე გავლის შემდეგ უკანასკნელი საფეხურიც წყვეტს მუშაობას და ამის შემდეგ სხეული მოძრაობს მისთვის მინიჭებული ძალისა და დედამიწის მიზიდულობის ძალის ერთობლივი ზემოქმედებით, რომელთა ტოლქმედი ძალა ორბიტის მხებს ემთხვევა ყოველ წერტილში. აქ რაკეტას ჩამოსცილდება ჯერ დამცველი კონუსი, რომელიც მას იცავდა ატმოსფეროს სქელ ფენებში ხახუნის შედეგად წარმოშობილი მექანიკური და სითბური ზეგავლენისგან ან კიდევ სხვა დამაზიანებელი ფაქტორებისაგან.

ამის შემდეგ აფეთქების ძალა გაისვრის წინ თანამგზავრს და ამ მომენტიდან იგი დამოუკიდებლად მოძრავი სხეულია, რომელიც იმყოფება უშუალო კონტაქტში კოსმოსურ გარემოსთან. მატარებელ-რაკეტის დანარჩენი ნაწილი – უკანასკნელი საფეხური მასზე მოთავსებული სხვა მოწყობილებებით – შეადგენს აგრეთვე დამოუკიდებლად მოძრავ სხეულს. განცალკევებულ მატარებელ-რაკეტასა და თანამგზავრს თავდაპირველად ერთნაირი სიჩქარე და ორბიტა აქვს. მაგრამ დროთა განმავლობაში ისინი სცილდებიან ერთმანეთს; მატარებელი-რაკეტა თავისი სიდიდისა და ფორმის გამო უფრო მეტად განიცდის ჰაერის წინააღმდეგობას, ვიდრე თანამგზავრი და ამიტომ უფრო ჩქარა კარგავს სიჩქარეს, რის შედეგადაც უფრო ინტენსიურად იწევს ძირს სიმძიმის ძალის ზეგავლენით. ამგვარად, მათი სიჩქარე, ორბიტები და დედამიწის ირგვლივ გარემოქცევის დრო უფრო განსხვავებული ხდება.

აღსანიშნავია, რომ თანამგზავრისა და მატარებელ-რაკეტის ელიფსური ორბიტის შემცირებას, რაც სიმაღლის შემცირებას თან სდევს, მოჰყვება მისი თანდათან წრიულ ორბიტაში გადაზრდა.

ხელოვნური თანამგზავრები მიმოიქცევიან დედამიწის ირგვლივ მიზიდულობის ძალის ზეგავლენით. მაგრამ მიზიდულობის ძალა სიმაღლესთან ერთად მცირდება გარკვეული კანონზომიერებით და ამიტომ, იმისათვის, რომ მოძრაობა წარმოებდეს წრეზე, აუცილებელია შესაბამისად შემცირდეს თანამგზავრის სიჩქარეც, თეორიული გამოანგარიშების თანახმად ეს სიჩქარე დედამიწის ზედაპირიდან 200 კილომეტრის სიმაღლეზე უნდა იქნეს 7.791 მეტრი, ხოლო 7.000 კილომეტრის სიმაღლეზე – 5.463 მეტრი წამში.

ერთ სრულ მიმოქცევას წრიულ ორბიტაზე დედამიწის ზედაპირთან ახლოს თანამგზავრი ასრულებს 1ს. და 24,5 წუთში, 200 კილომეტრის სიმაღლეზე – 1ს. და 28,5 წუთში, 7000 კილომეტრის სიმაღლეზე 4 ს. და 16,5 წუთში. 35.810 კლომეტრის სიმაღლეზე მოძრავი თანამგზავრი დღე-ღამეში ერთხელ შემოუვლის დედამიწას და ამიტომ ამ სიმაღლეზე მოძრავი თანამგზავრი ისე მოგვეჩვენება, თითქოს ერთ წერტილში იყოს გაჩერებული; მისი სიჩქარე კი იქნება 3.076 მეტრი წამში.

თუ რაკეტის მოძრაობის საწყისი სიჩქარე მოთავსებულია წამში 8 – 11,1 კილომეტრი სიჩქარის ფარგლებში, მაშინ მოძრაობა იწარმოებს არა წრეზე, არამედ ელიფსზე. ოღონდ რაც უფრო მეტია ამ ფარგლებში სიჩქარე, მით უფრო მეტი იქნება ელიფსის გაწელილობა. მაგრამ, როგორიც არ უნდა იქნეს ელიფსი, მის ერთ-ერთ ფოკუსში აუცილებლად დედამიწა იქნება მოთავსებული.

უდიდესი ელიფსური სიჩქარის მქონე რაკეტის ორბიტა იმდენად წაგრძელებული იქნება, რომ მას შეუძლია მთვარის ორბიტა გადაკვეთოს, ასეტ ორბიტაზე მოძრავი თანამგზავრის შექმნა გარკვეულ სიძნელეებთანაა დაკავშირებული, მაგრამ მას დიდი მნიშვნელობა ენიჭება, კერძოდ, მთვარის ფიზიკისა და ზედაპირის რელიეფის შესწავლისათვის, რაც მოხერხდება თანამგზავრზე დადგმული სხვადასხვა სახის სამეცნიერო-საზომი ხელსაწყოებისა და რადიოტელემეტრიული აპარატურის საშუალებით.

თანამგზავრის ორბიტები:
1 - წრიული ორბიტა; 2 - ელიფსური ორბიტა; 3 - პარაბოლური ორბიტა; 4 - ჰიპერბოლური ორბიტა; 5 - თანამგზავრის სიჩქარეთა გრაფიკული გამოსახულება პერიგიუმში და აპოგეუმში; 6 - ორბიტაზე თანამგზავრის გაყვანის ტრაექტორია.

უნდა აღინიშნოს, რომ თანამგზავრის ელიფსური ორბიტის წაგრძელებასაც თავისი საზღვარი აქვს. საკმარისია რაკეტა გავიდეს ორბიტაზე წამში 11,2 კილომეტრის სიჩქარით, რომ ელიფსური სიჩქარე გადაიზარდოს პარაბოლაში.

თუ რაკეტის სიჩქარე წამში 11,6 კილომეტრს მიაღწევს, მაშინ მისი მოძრაობის ორბიტა ჰიპერბოლად იქცევა და ასეთ და მეტ სიჩქარესაც ჰიპერბოლურს უწოდებენ. ამ სიჩქარით მოძრავი რაკეტა კიდევ უფრო შორს გაფრინდება დედამიწიდან. აღსანიშნავია, რომ 16,7 კილომეტრის სიჩქარით მოძრავი რაკეტა არამცთუ დედამიწას, არამედ საერთოდ მზის სისტემასაც მოსწყდება და გავა სხვა სისტემაში.

გამოყენებული ლიტერატურა: ბენედიქტე ბალავაძის - "საბჭოთა ხელოვნური თანამგზავრები და კოსმოსური რაკეტები"