Пераадолець сілу зямнога прыцягнення, прабіць тоўшчу паветранай абалонкі і дасягнуць касмічнай прасторы - задача не з лёгкіх. А як вярнуцца з космасу назад на Зямлю?
На першы погляд здаецца, што спуск касмічнага карабля на Зямлю павінен быць значна прасцей ўздыму. Усе добра ведаюць: цяжка ісці ў гару, а з гары лягчэй. На жаль, гэтая простая і відавочная ісціна аказваецца не зусім дакладнай, калі маеш справу са спускам з «касмічнай горы». Мы разглядалі прылада заселенай касмічнага карабля, прыдатнага для здзяйснення працяглых палётаў у касмічнай прасторы. Ён складаецца з двух галоўных частак: арбітальнага адсека і так званага спушчальнага апарата (яго яшчэ называюць вяртаецца апаратам). Акрамя гэтага, на караблі маюцца тармазной рухавік, сонечная батарэя і шэраг іншых сістэм. Усе гэтыя складовыя часткі карабля дастаўляюцца ў касмічную прастору з Зямлі. А вось на Зямлю вяртаецца не ўвесь карабель, а толькі невялікая частка яго, тая, якая называецца спускаемым апаратам.
Перад тым як пачынаць спуск на Зямлю, усе члены экіпажа касмічнага карабля пераходзяць у спушчальны апарат. У ім жа размешчана апаратура, неабходная для падтрымання жыццядзейнасці экіпажа, а таксама матэрыялы назіранняў, праведзеных экіпажам у адпаведнасці з планам палёту. Астатнія часткі карабля ў належны момант отстыковываются ад спушчальнага апарата і праз некаторы час падаюць на Зямлю. Выраз «падаюць на Зямлю» не зусім дакладна. Часткі касмічнага карабля, «што падалі на Зямлю», не дасягаюць паверхні Зямлі. Праходзячы праз шчыльныя пласты паветра, яны награваюцца і згараюць, падобна да таго, як згараюць жалезныя і каменныя метэарыты, якія трапляюць у атмасферу Зямлі.
Чалавек пабываў ужо не толькі ў калязямной космасе, на адлегласці 200 - 300 км ад паверхні Зямлі, але і ў так званым далёкім космасе. Умовы спуску на Зямлю касмічных караблёў, якія вяртаюцца з далёкага і блізкага космасу, неаднолькавыя. Знаходзячыся ў касмічнай прасторы паблізу Зямлі, карабель рухаецца з хуткасцю = 8 км/сек, г. зн. ён мае першую касмічную хуткасць. Пры такой хуткасці руху вакол зямнога шара, на вышынях, дзе няма або амаль няма атмасферы, карабель можа знаходзіцца вельмі доўгі час, не аддаляючыся ад Зямлі і не падаючы на яе. Што ж трэба зрабіць для таго, каб карабель пачаў апускацца на Зямлю, г. зн. падаць? Для гэтага варта паменшыць хуткасць яго руху.
Хоць звычайна кожнаму, возвращающемуся з працяглай і далёкай паездкі, хочацца хутчэй вярнуцца дадому, вяртацца з космасу паспешліва не варта таму, што моцна затармазіць касмічны карабель няпроста, або, лепш сказаць, нятанна. Мы ўжо казалі, што кожны лішні кілаграм грузу на караблі - рэч, вельмі непажаданая. Затармазіць касмічны карабель, які рухаецца па арбіце вакол Зямлі, можна шляхам ўключэння рухавіка, які развівае цягу, накіраваную супраць руху карабля.
Выкажам здагадку, што касмічны карабель і ўсё, што на ім знаходзіцца (без паліва), мае масу 3 г. Колькі ж трэба ўзяць на карабель паліва, каб паменшыць яго хуткасць з 8 да 4 км/сек?
Для таго каб паменшыць хуткасць карабля на 4 км на/сек, неабходна ўключыць рухавік, які ствараў бы цягу, накіраваную ў бок, процілеглы яго руху. Дапусцім, што хуткасць заканчэння прадуктаў згарання паліва з сопла тармазнога рухавіка будзе роўная 3000 м/сек (велічыня, дасягальная для сучасных вадкасных ракетных рухавікоў). Формула, устаноўленая Цыялкоўскім, дазваляе вызначыць, што пачатковая маса касмічнага карабля, г. зн. яго маса разам з палівам, перад уключэннем тармазнога рухавіка павінна складаць 11,4 т, такім чынам, паліва ў караблі павінна быць = 8400 кг. Такім чынам, маса паліва, якое неабходна спаліць у тармазным рухавіку, пераўзыходзіць масу канструкцыі карабля і грузу, які знаходзіцца ў ім, амаль у 3 разы. Такі спосаб тармажэння касмічных караблёў вельмі неэкономичен ды і практычна складаным ажыццяўленне, так як даставіць у касмічную прастору такую вялікую масу паліва няпроста і нятанна. Але аказалася, што гэтак моцна тармазіць касмічны карабель, які ўчыняе арбітальны палёт, для таго каб ён пачаў спуск на Зямлю, і не патрабуецца.
Каб пачаць рух па траекторыі спуску, карабель павінен страціць ўсяго толькі невялікую частку сваёй хуткасці. Цалкам дастаткова для гэтага паменшыць хуткасць касмічнага карабля на 200 - 250 м/сек. Для выпадку, разгледжанай намі, г. зн. для касмічнага карабля масай у 3 т, страта хуткасці на 200 м/сек можа быць забяспечана кароткачасовай працай тармазнога рухавіка пры спальванні ў ім паліва, маса якога менш адной дзесятай масы карабля. Але прызямляцца касмічны карабель павінен з амаль нулявы хуткасцю, інакш адбудзецца катастрофа - карабель і экіпаж, які знаходзіцца ў ім, у момант прызямлення разаб'юцца. Якім жа чынам можна адабраць ад карабля ўсю або амаль усю кінэтычную энергію, якой ён валодае? Практычна здзяйсняльны шлях тармажэння касмічнага карабля, без выдаткі паліва, быў паказаны К. Э. Цыялкоўскім. Паветраная абалонка Зямлі, па думку Цыялкоўскага, можа гуляць ролю тормазы для касмічных апаратаў, якія вяртаюцца з міжпланетнай падарожжа на Зямлю. Тармазіць паветрам? Такая прапанова можа здацца не зусім рэальным. Але ўспомніце, як дзьме вецер у твар, калі вы хутка съезжаете на лыжах з крутой гары. А паспрабуйце высунуць руку з акна аўтамабіля, калі ён імчыцца па шашы. Паветра з амаль невесомого і неадчувальнага становіцца пругкім. Вы з цяжкасцю зможаце ўтрымаць далонь рукі перпендыкулярна кірунку руху аўтамабіля.
Хуткасць руху касмічнага карабля пры ўваходзе яго ў паветраную абалонку Зямлі (пасля таго як ён будзе прытарможанае на 100 - 200 м/сек) пераўзыходзіць хуткасць самых хуткіх самалётаў прыкладна ў 28 разоў. Пры такіх велізарных хуткасцях паветра аказвае вялікі супраціў руху. Ўсякае супраціў звязана з з'яўленнем трэння. Адбываецца трэнне і пры руху тэл ў паветры. Вазьміце два кавалкі дрэва і хутка патрыце іх адзін аб аднаго. - Што вы пры гэтым заўважыце? - Кавалкі дрэва награваюцца - гэта вынік таго, што вырабляецца вамі праца трэння перайшла ў цяпло. Трэнне аб паветра таксама суправаджаецца вылучэннем цяпла.
Пры руху касмічных апаратаў у атмасферы Зямлі мае месца не толькі трэнне аб паветра. Калі карабель праходзіць паветраную абалонку, ён стварае наперадзе сябе хвалю сціснутага паветра. Паветра сціскаецца не паступова, а за вельмі малы прамежак часу. Як вяліка гэта сціск? Разлікі паказваюць, што ціск у сціснутым паветры пры руху касмічнага апарата можа дасягаць 50 атм. З курсу фізікі вы ведаеце, што хуткае сціск або пашырэнне газу адбываецца практычна без прытоку і адводу цяпла, так як з прычыны малога часу цяпло не паспявае ні сысці ў навакольнае асяроддзе (пры сціску), ні перадацца ад знешняй асяроддзя (пры пашырэнні). Такія працэсы называюць адиабатическими.
З прычыны адиабатического сціску пласт паветра, які знаходзіцца наперадзе які ляціць касмічнага апарата, разаграваецца да высокай тэмпературы. Тэмпература пласта паветра, сціснутага якія ляцяць касмічным апаратам, можа дасягнуць 8000° К. Гэта вельмі высокая тэмпература. На Зямлі няма такіх рэчываў, якія маглі б заставацца ў цвёрдым стане пры гэтай тэмпературы. Самыя тугаплаўкія рэчывы пачынаюць пераходзіць у газ або вадкасць пры тэмпературы 4000 - 4500° С. А ці зможа касмічны апарат вытрымаць гэтак высокія тэмпературы? Да таго ж трэба памятаць, што ўнутры карабля, за яго ашалёўкай, знаходзяцца людзі.
Тармажэнне касмічнага карабля паветраным тормазам патрабуе захавання пэўных мер засцярогі, інакш карабель можа не толькі затармазіцца, але і згарэць, не даляцеўшы да Зямлі. Спуск карабля з калязямной арбіты пачынаецца з тармажэння яго ў касмічнай прасторы, дзе няма паветра. Для гэтага на некаторы час ўключаюцца тармазныя рухавікі, якія развіваюць цягу, накіраваную ў бок, процілеглы руху карабля. Пасля спрацоўвання тармазных рухавікоў касмічны карабель змяняе траекторыю і пачынае зніжацца, набліжаючыся да Зямлі.
Палёт па арбіце вакол Зямлі касмічны карабель ажыццяўляе звычайна на некаторым выдаленні ад мяжы паветранай абалонкі, таму пасля тармажэння карабель якое-то час зніжаецца ў прасторы, дзе практычна адсутнічае паветра. Час зніжэння карабля ў беспаветранай прасторы павінна быць не менш пэўнай велічыні. За гэты час на караблі праводзяцца падрыхтоўчыя працы па ўваходу ў паветраную абалонку. Таму вышыня, з якой можна вырабляць змена траекторыі касмічнага карабля, г. зн. пачынаць спуск на Зямлю, абмяжоўваецца часам, неабходным для выканання падрыхтоўчых работ.
Што ж неабходна прарабіць на касмічным караблі перад тым, як ён увойдзе ў паветраную атмасферу Зямлі? Пасля таго як карабель затармозіцца рухавіком, ад яго адкідаецца усё, без чаго ён можа вырабляць спуск. Адкідаецца службовы адсек, тармазной рухавік і некаторыя сістэмы. Робіцца гэта для таго, каб паменшыць масу касмічнага карабля, а такім чынам, паменшыць колькасць энергіі, якую трэба адабраць ад карабля ў працэсе яго спуску да Зямлі.
Мал. 14. Спушчальны апарат мае форму сачавіцы.
Спушчальныя апараты савецкага касмічнага карабля «Саюз» і амерыканскага карабля «Апалон» маюць выгляд сачавіцы (мал. 14). Пласт цеплааховы на спушчальных апаратаў гэтых касмічных караблёў нанесены на паверхню нераўнамерна. На лэбавай частцы таўшчыня цеплаабароннага пласта самая вялікая, на супрацьлеглым баку (дновая частка апарата) - самая маленькая. Зроблена гэта для таго, каб паменшыць масу спушчальнага апарата. Тоўсты пласт лэбавай абароны павінен вытрымаць вялікія механічныя нагрузкі і забяспечыць адвод цяпла, які паступае ад распаленага сціснутага паветра.
Цеплаахова на дновай часткі спушчальнага апарата і яго бакавых паверхнях ні па механічным уласцівасцям, ні па цеплавым характарыстыках не разлічана на такія нагрузкі, якія павінна вытрымліваць лабавая частка. Такім чынам, для таго каб пры спуску спушчальны апарат не разбурыўся ці не нагрэўся да недапушчальна высокай тэмпературы, ён павінен увайсці ў атмасферу Зямлі накіраванай наперад лэбавай часткай. Для гэтага перад уваходам у атмасферу ён павінен быць адпаведным чынам арыентаваны і ў такім арыентаваным становішчы увайсці ў паветраную абалонку Зямлі.
Арыентацыя мае і іншую мэту, а менавіта забеспячэнне ўваходу спушчальнага апарата ў атмасферу пад пэўным вуглом. Для чаго гэта трэба? Кут ўваходу ўплывае на шэраг паказчыкаў працэсу спуску. Для пілатуемых касмічных апаратаў кут ўваходу ў атмасферу вызначаецца велічынёй паскарэння, якое можа вытрымаць чалавек. Мы ўжо казалі аб тым, што пры ўздыме касмічнага карабля ў касмічную прастору ўзнікаюць перагрузкі, якія перавышаюць уласны вага чалавека ў некалькі разоў.
У адрозненне ад пад'ёму пры спуску касмічны карабель рухаецца з адмоўным паскарэннем. Якія ж сілы будуць дзейнічаць на чалавека, які знаходзіцца ў спушчальным апараце, у працэсе яго зніжэння? Па-першае, сіла цяжару F = mg (m - маса касманаўта, g - паскарэнне вольнага падзення), накіраваная да цэнтра зямнога шара. Акрамя таго, на яго будзе дзейнічаць сіла пругкасці, накіраваная ў процілеглы бок. Гэтыя дзве сілы і паведамляюць паскарэнне а, накіраваны процілегла ~.
Такім чынам, пры спуску з арбіты на Зямлю касманаўт адчувае дзеянне сілы, накіраванай ад Зямлі. Гэтая сіла прыціскае касманаўта да сядзення кабіны або да столі. Па велічыні гэтая сіла пераўзыходзіць нармальны вагу касманаўта (яго вага ў стане спакою) на тая. Чалавек можа вытрымліваць перагрузкі, г. зн. павелічэнне ўласнага вагі, у 10 - 12 раз. (Вядома, пры гэтым ён становіцца практычна непрыдатным да працы.) Вялікае павелічэнне вагі, або, як кажуць, вялікая перагрузка, небяспечна для жыцця чалавека.
Перагрузка, адчуваем касманаўтамі пры спуску спушчальнага апарата з арбіты на паверхню Зямлі, залежыць ад таго, пад якім вуглом да гарызонту спушчальны апарат рухаецца ў атмасферы Зямлі.
Мал. 15. Спуск касмічнага карабля на Зямлю.
Разгледзім два магчымых выпадку зніжэння спушчальнага апарата: першы - апарат рухаецца па крутой траекторыі; другі - рух адбываецца па спадзістай траекторыі, складнікам з гарызонтам невялікі кут (гл. мал. 15). Відавочна, у другім выпадку спуск будзе працягвацца значна даўжэй, чым у першым. Апарат паступова будзе ўваходзіць у ніжэйлеглыя пласты атмасферы і паступова губляць хуткасць, з прычыны чаго адмоўнае паскарэнне спушчальнага апарата будзе невялікім. Спуск па траекторыі, якая складае малы кут з лініяй гарызонту, дазваляе, па параўнанні з стромкім спускам, забяспечыць больш бяспечныя ўмовы для экіпажа, г. зн. знізіць перагрузкі да межаў, якія лёгка пераносяцца чалавечым арганізмам.
Аднак кут спуску нельга рабіць і занадта малым, так як у гэтым выпадку ўзнікае іншая пагроза бяспекі экіпажа, звязаная з пераграваннем.
Разгледзім, як форма траекторыі палёту спушчальнага апарата ўплывае на яго награванне. Мы ўжо казалі аб тым, што вялікая частка кінэтычнай і патэнцыйнай энергіі, якой валодае касмічны карабель, знаходзячыся ў арбітальным палёце ў касмічнай прасторы, пры спуску на Зямлю ператвараецца ва ўнутраную энергію. Як будзе награвацца спушчальны апарат пры спуску на Зямлю па крутой траекторыі, па параўнанні з рухам па некаторай крывой, размешчанай пад малым вуглом да гарызонту? Пры стромкім спуску які вяртаецца апарат хутчэй тармозіцца, а з прычыны гэтага і хутчэй губляе энергію. Пры спуску па спадзістай крывой апарат даўжэй знаходзіцца ў разрэджаных пластах паветра і таму зніжае хуткасць не так рэзка, як у першым выпадку. Відавочна, чым больш спадзістай будзе траекторыя, тым павольней апарат будзе губляць хуткасць. Такім чынам, колькасць цяпла, які ўтвараецца ў адзінку часу, пры спуску апарата па крутой траекторыі будзе значна больш, чым пры спуску па траекторыі, якая складае малы кут з гарызонтам.
З сказанага напрошваецца выснова, што, чым строме траекторыя спуску, тым менш небяспека перагрэву спушчальнага апарата, а такім чынам, і менш небяспеку для экіпажа. Але гэты выснову няправільны. З пункту гледжання падтрымання ўнутры кабіны спушчальнага апарата прымальных для экіпажа тэмпературных умоў занадта плыўны спуск непажаданы. Чым гэта тлумачыцца? Вы ведаеце, што пры тушэнні пажараў выратавальным камандам даводзіцца часцяком пранікаць у палаючы дом, прабіваючыся скрозь полымя. Чалавека абліваюць вадой, і ён у мокрай вопратцы, без усякай шкоды для сябе праходзіць скрозь сцяну агню. Гэта ён здолеў бы зрабіць і ў сухім касцюме, калі б апошні быў сшыты з негаручай тканіны. Тэмпература полымя падпаленых на паветры прадметаў звычайна складае 450 - 500°С. Гэта даволі высокая тэмпература, але з-за таго, што пажарны ў сваім негорючем касцюме знаходзіцца ў полымя вельмі невялікі час, касцюм не паспявае прагрэцца, і таму гэтак высокая тэмпература аказваецца для чалавека неопасной.
А як бы адчуваў сябе чалавек у такім жа касцюме з негаручай тканіны, калі б навакольнае яго асяроддзе мела тэмпературу, нават у два-тры разы меншую, чым тэмпература полымя, але час знаходжання ў ёй вылічалася бы некалькімі хвілінамі? Мабыць, гэта было б небяспечна не толькі для здароўя, але і для жыцця чалавека. Касцюм з негаручай тканіны яму б не дапамог - за гэтак доўгі час цела чалавека нагрэлася да тэмпературы навакольнага асяроддзя, т. е. перегрелось. Аналагічная карціна мае месца і пры руху спушчальнага апарата ў атмасферы. Калі апарат спускаецца па крутой траекторыі, да яго падводзіцца ў адзінку часу большую колькасць цяпла, чым пры руху па спадзістай траекторыі. Але, для таго каб цяпло магло дайсці да кабіны апарата, дзе змяшчаецца экіпаж, патрабуецца час. Гэта час залежыць ад характару і таўшчыні цеплаабароннага пласта, нанесенай на вонкавую паверхню спушчальнага апарата, і характарыстыкі цеплаізаляцыі, якая знаходзіцца пад пластом цеплааховы.
Калі спуск апарата адбываецца хутка, то часу на прагрэў можа апынуцца недастаткова і тады, нягледзячы на вялікую колькасць цяпла, подводимого да спускаемому апарату ў адзінку часу звонку, ад распаленых газаў паветранай атмасферы, паветра ўнутры кабіны не паспее моцна нагрэцца. Пры працяглым спуску (па спадзістай траекторыі), хоць у адзінку часу ад менш распаленага паветра будзе паступаць меншае колькасць цяпла, ўсё ж паспее нейкая яго частка прайсці ўнутр кабіны спушчальнага апарата праз теплозащитное пакрыццё і цеплаізаляцыю ашалёўкі апарата, што прывядзе да награвання паветра і ўсіх прадметаў, якія знаходзяцца ўнутры кабіны.
Такім чынам, такія два паказчыкі, ад якіх залежыць бяспека спуску экіпажа касмічнага карабля на Зямлю, як перагрузка і награванне, па-рознаму змяняюцца ад выгляду траекторыі зніжэння спушчальнага апарата ў шчыльных пластах атмасферы. Памяншэнне перагрузкі патрабуе плыўнай траекторыі, доўгага часу спуску. Недапушчальнасць перагравання кабіны спушчальнага апарата, наадварот, патрабуе спуску па больш крутой траекторыі з малым часам знаходжання апарата ў шчыльных слаях паветра. Траекторыю спуску выбіраюць такі, пры якой перагрузкі не перавышалі б велічыні, дапушчальнай для чалавечага арганізма, і ў той жа час тэмпература ўнутры кабіны апарата, дзе змяшчаецца экіпаж, не была б вышэй 40 - 50°С. Такую тэмпературу чалавек можа лёгка пераносіць. Наяўная ўжо даволі вялікая практыка спуску заселеных касмічных апаратаў з арбіты на Зямлю паказвае, што дапушчальныя велічыні перагрузак і тэмператур паветра ўнутры кабіны забяспечваюцца пры часу зніжэння ў шчыльных пластах атмасферы ў працягу 20 - 25 мін.
Мы разгледзелі ўмовы спуску вяртаецца апарата з блізкага або калязямной космасу. Знаходзячыся паблізу Зямлі і рухаючыся вакол яе, касмічны аб'ект мае хуткасць ~ 8 км/сек (першую касмічную хуткасць). Для таго, каб касмічны карабель мог выйсці ў далёкі космас, наведаць якое-небудзь нябеснае цела ў нашай сонечнай сістэмы, ён павінен развіць хуткасць 11,2 км/сек (г. зн. другую касмічную хуткасць). І вяртацца яму з далёкага космасу таксама прыйдзецца з другой касмічнай хуткасцю. Як гэта ўплывае на ўмовы спуску?
Перш чым разглядаць спуск касмічнага карабля на Зямлю пасля вяртання яго з міжпланетнага палёту, высветлім, як адбываецца збліжэнне касмічных аб'ектаў з такім нябесным целам, як Месяц.
Знаходзячыся на калязямной арбіце, касмічны карабель мае хуткасць руху, роўная першай касмічнай. Валодаючы гэтай хуткасцю, ён не можа зваліцца на Зямлю, але і выдаліцца ад Зямлі, паляцець да іншых нябесным целам таксама не можа.
Мал. 16. Траекторыі штучнага спадарожніка Зямлі пры розных хуткасцях руху адносна зямнога шара.
Калі караблю паведаміць хуткасць, большую, чым першая касмічная, але меншую другой касмічнай, ён будзе працягваць рухацца вакол Зямлі, паляцець у міжпланетную прастору ён не зможа. Аднак рухацца ён будзе не па кругавой арбіце, а па эліптычнай (мал. 16). Даўжыня вялікі восі эліпса будзе тым большай, чым вялікую хуткасць (якая перавышае першую касмічную) будзе мець касмічны карабель.
Трэба сказаць, што амаль усе штучныя спадарожнікі Зямлі, якія знаходзяцца на калязямной арбіце, рухаюцца не па коле, а па эліпсе. Чаму? Часам эліптычная траекторыя штучнага спадарожніка Зямлі бывае неабходная для выканання ім сваіх задач у космасе. У гэтых выпадках спадарожнікам наўмысна паведамляюць хуткасць некалькі вялікую, чым першая касмічная. Па большай частцы траекторыя штучных спадарожнікаў атрымліваецца эліптычнай таму, што проста цяжка забяспечыць, каб хуткасць спадарожніка на разліковай вышыні дакладна адпавядала першай касмічнай.
Па меры павелічэння хуткасці касмічнага карабля яго траекторыя руху ператвараецца з эліптычнай ў парабалічную. Хуткасць, пры якой касмічны карабель набывае парабалічную траекторыю, называецца другой касмічнай, яна роўная ~ 11,2 км/сек. Парабалічная траекторыя, гэтак жа як і кругавая, мае толькі тэарэтычнае значэнне. Палёты касмічных караблёў і незаселеных касмічных апаратаў да Месяца і іншых планет сонечнай сістэмы (Марса, Венеры) праходзяць не па парабалічнае траекторыях, а па гіпербалічных. Па парабале касмічны карабель можа рухацца толькі пры ўмове, калі яго хуткасць дакладна адпавядае другой касмічнай, а калі яна трохі менш, то ён стане рухацца па замкнёнай крывой - эліпсе, г. зн. знаходзіцца каля Зямлі і ляцець да іншых планет сонечнай сістэмы не зможа. Калі ж караблю паведаміць хуткасць ледзь вялікую, чым другая касмічная, яго траекторыяй становіцца ўжо не парабала, а гіпербала. Гіпербала - незамкнутай крывая, і касмічны карабель, перайшоўшы на гиперболическую траекторыю, пры руху па ёй не можа наблізіцца да Зямлі. Ён будзе ад яе ўсё далей і далей выдаляцца і ў рэшце рэшт страціў з ёй сувязь, т. е. перастане адчуваць дзеянне сілы зямнога прыцягнення.
Такім чынам, каб паляцець на Месяц або якую-небудзь планету сонечнай сістэмы, касмічнаму караблю, які знаходзіцца на калязямной арбіце, неабходна паведаміць хуткасць роўная або крыху большую, чым другая касмічная. Калі пасля дасягнення касмічным караблём хуткасці, трохі большай другой касмічнай, выключыць рухавік, то карабель будзе працягваць рухацца па гіпербалічнай траекторыі.
Мал. 17. У кропцы А сіла прыцягнення цела Зямлёй (F з) роўная сіле прыцягнення гэтага цела Месяцам (F л)
У касмічнай прасторы ёсць такое месца, дзе цела, якое знаходзіцца ў гэтай кропцы, адчувае аднолькавыя сілы прыцягнення з боку Месяца і Зямлі (мал. 17). Калі караблю паведаміць хуткасць, дастатковую для таго, каб ён змог даляцець да гэтай кропкі і ледзь перайсці яе, то на яго ў большай ступені будзе дзейнічаць месяцовае прыцягненне, чым зямное. Да нейтральнай пункту, дзе прыцягнення Месяца і Зямлі ўзаемна ўраўнаважваюцца, касмічны карабель ляціць, затрачваючы якую паведаміў яму рухавіком кінэтычную энергію на пераадоленне сілы прыцягнення Зямлі. На гэтым участку ён як бы набірае вышыню над Зямлёй. Рух касмічнага карабля пасля нейтральнай пункту пад дзеяннем сілы цяжару Месяца варта разглядаць не як рух уверх па адносінах да Зямлі, а як падзенне ўніз, на Месяц. Калі пры ўздыме, г. зн. пры палёце да нейтральнай пункту, карабель ўвесь час памяншае хуткасць, то пачынаючы з гэтай кропкі пад дзеяннем прыцягнення Месяца ён увесь час паскараецца, хуткасць яго павялічваецца. Паблізу Месяца хуткасць касмічнага карабля дасягае значэння другой касмічнай (але не для ўмоў Зямлі, а для месяцовых умоў). З дапамогай тармазнога рухавіка хуткасць карабля зніжаюць да першай месяцовай касмічнай хуткасці. Маючы гэтую хуткасць, карабель будзе рухацца вакол Месяца не падаючы і не аддаляючыся ад яе. Месяцовая першая касмічная хуткасць не роўная першай калязямной касмічнай хуткасці.
З прычыны таго, што маса Месяца ў 81 раз менш масы Зямлі, паскарэнне вольнага падзення для Месяца аказваецца менш паскарэння свабоднага падзення для Зямлі, а першая месяцовая касмічная хуткасць складае ўсяго толькі 1,7 км/сек. Што неабходна для таго, каб касмічны карабель мог сысці з месяцовай арбіты і ляцець да Зямлі? Відавочна, гэтак жа як і ў выпадку адлёту з Зямлі да Месяца, яму неабходна паведаміць так званую другую месяцовую касмічную хуткасць. Для калязямной касмічнай прасторы другая касмічная хуткасць роўная - 11,2 км/сек, для калямесяцовай яна значна менш. Касмічны карабель можа выйсці з зоны прыцягнення Месяца і ляцець да іншых нябесным целам сонечнай сістэмы, калі хуткасць яго крыху перавысіць 2,4 км/сек. Маючы гэтую хуткасць, касмічны карабель пачне выдаляцца ад Месяца, паднімаючыся ўверх па адносінах да яе паверхні.
Рухаючыся па гіпербалічнай траекторыі, касмічны карабель будзе выдаляцца ад Месяца, паступова памяншаючы хуткасць. Яго кінэтычная энергія будзе пераходзіць у патэнцыйную. Дасягнуўшы нейтральнай пункту, дзе дзеянне сілы прыцягнення Месяцам ўраўнаважваецца дзеяннем сілы прыцягнення Зямлі, касмічны карабель пачне падаць на Зямлю. У нейтральнай кропцы касмічны карабель будзе мець максімальную патэнцыйную энергію (адносна Зямлі).
Па меры набліжэння да Зямлі патэнцыйная энергія будзе памяншацца, а кінэтычная - ўзрастаць. Наблізіўшыся да Зямлі, касмічны карабель набудзе хуткасць, прыблізна роўную 11,2 км/сек, г. зн. другую касмічную. З така хуткасцю пачынаць спуск на Зямлю небяспечна. Перад тым як пачынаць спуск, неабходна паменшыць хуткасць карабля. Але як?
Мы ўжо вызначалі колькасць паліва, якое трэба спаліць ў ракетным рухавіку для таго, каб паменшыць хуткасць касмічнага карабля з 8 да 4 км/сек. Аказалася, што паліва для гэтага трэба занадта шмат, каб такі шлях тармажэння касмічных аб'ектаў мог мець практычнае значэнне. Затармазіць цела, якое рухаецца з хуткасцю 11,2 км/сек, яшчэ цяжэй. Разлікі і практыка касмічных палётаў у Савецкім Саюзе і ЗША паказваюць, што задача тармажэння касмічных караблёў, якія рухаюцца з другой касмічнай хуткасцю, можа быць паспяхова вырашана, калі выкарыстоўваць тармозіць дзеянне паветранай абалонкі зямнога шара. Пры вяртанні на Зямлю касмічнага карабля з арбітальнага палёту, калі хуткасць яго ненашмат перавышае першую касмічную, бяспечны спуск з выкарыстаннем тармозіць дзеянні атмасферы можна ажыццявіць, калі забяспечыць адпаведны кут ўваходу карабля ў шчыльныя слаі атмасферы. Карабель, паступова уваходзячы ва ўсе больш і больш шчыльныя пласты паветра, будзе разагравацца і адначасова тармазіцца, пакуль не дасягне паверхні Зямлі.
|