Hazırda Yerin orbitində 1000-dən çox süni peyk var. Onlar müxtəlif tapşırıqları yerinə yetirirlər və fərqli dizaynlara malikdirlər. Lakin onların bir ortaq cəhəti var - peyklər planetin ətrafında fırlanır və düşmür.

Sürətli izahat

Əslində, peyklər cazibə qüvvəsi səbəbindən Yerə hər zaman düşür. Lakin onlar həmişə əldən verirlər, çünki buraxılış zamanı ətalət tərəfindən təyin olunan yanal sürətə malikdirlər.

Peykin Yer ətrafında fırlanması onun daimi düşmə keçmişidir.

İzahat

Topu havaya atsanız, top geri qayıdır. Bunun səbəbi ağırlıq- bizi Yer kürəsində saxlayan və kosmosa uçmağımıza mane olan eyni qüvvə.

Peyklər orbitə raketlərlə çıxarılır. Raket sürətlənməlidir 29.000 km/saata qədər! Bu, güclü cazibə qüvvəsini dəf etmək və Yer atmosferindən qaçmaq üçün kifayət qədər sürətlidir. Raket Yerin üzərində istənilən nöqtəyə çatdıqdan sonra peyki buraxır.

Peyk hərəkətdə qalmaq üçün raketdən alınan enerjidən istifadə edir. Bu hərəkət deyilir impuls.

Bəs peyk orbitdə necə qalır? O, birbaşa kosmosa uçmazdımı?

Həqiqətən yox. Peyk minlərlə kilometr uzaqda olsa belə, Yerin cazibə qüvvəsi hələ də onu çəkir. Yerin cazibə qüvvəsi, raketdən gələn impulsla birləşərək, peykin Yer ətrafında dairəvi bir yol izləməsinə səbəb olur - orbit.

Peyk orbitdə olduqda, impuls və Yerin cazibə qüvvəsi arasında mükəmməl bir tarazlığa malikdir. Ancaq bu balansı tapmaq olduqca çətindir.

Cazibə qüvvəsi bir cisim Yerə nə qədər yaxın olarsa, güclüdür. Yerin orbitində fırlanan peyklər isə orbitdə qalmaq üçün çox yüksək sürətlə hərəkət etməlidirlər.

Məsələn, NOAA-20 peyki Yerdən cəmi bir neçə yüz kilometr yüksəklikdə orbitə çıxır. O, orbitdə qalmaq üçün 27.300 km/saat sürətlə getməlidir.

Digər tərəfdən, NOAA-nın GOES-East peyki 35.405 km yüksəklikdə Yer kürəsinin orbitində fırlanır. Cazibə qüvvəsini aşmaq və orbitdə qalmaq üçün ona təxminən 10.780 km/saat sürət lazımdır.

ISS 400 km yüksəklikdə yerləşir, buna görə də sürəti 27 720 km/saatdır.

Peyklər yüz illərlə orbitdə qala bilər, ona görə də onların Yerə düşəcəyindən narahat olmağa dəyməz.

Bu gün səhər tezdən və ya axşam evimizdən çölə çıxa bilərik və başımızda parlaq bir kosmik stansiyanın uçduğunu görə bilərik. Kosmosa səyahət müasir dünyanın adi bir hissəsinə çevrilsə də, bir çox insanlar üçün kosmos və onunla bağlı məsələlər sirr olaraq qalır. Yəni, məsələn, çoxları başa düşmür ki, niyə peyklər Yerə düşmür və kosmosa uçmur?

Elementar fizika

Bir top havaya atsaq, o, təyyarə, güllə, hətta şar kimi hər hansı digər obyekt kimi tezliklə Yerə qayıdacaq.

Bir kosmos gəmisinin niyə ən azı normal şəraitdə Yer kürəsini yıxılmadan orbitə çıxara bildiyini anlamaq üçün düşüncə təcrübəsi aparmalıyıq. Təsəvvür edin ki, siz onun üzərindəsiniz, amma nə hava, nə də atmosfer var. Modelimizi mümkün qədər sadə etmək üçün havadan qurtulmalıyıq. İndi peyklərin Yerə niyə düşmədiyini başa düşmək üçün zehni olaraq silahla yüksək dağın zirvəsinə qalxmalı olacaqsınız.

Bir təcrübə edək

Silah lüləsini tam üfüqi istiqamətə yönəldirik və qərb üfüqünə doğru atəş açırıq. Mərmi ağızdan böyük sürətlə uçacaq və qərbə doğru yönələcək. Mərmi lülədən çıxan kimi planetin səthinə yaxınlaşmağa başlayacaq.

Top kürəsi sürətlə qərbə doğru irəlilədikcə dağın təpəsindən bir qədər aralıda yerə dəyəcək. Əgər silahın gücünü artırmağa davam etsək, mərmi atış nöqtəsindən xeyli irəli yerə düşəcək. Planetimiz topa bənzədiyindən hər dəfə güllə ağızdan çıxanda daha da düşəcək, çünki planet də öz oxu ətrafında fırlanmağa davam edir. Buna görə peyklər cazibə qüvvəsi səbəbindən Yerə düşmür.

Bu düşüncə təcrübəsi olduğundan, biz silah atəşini daha güclü edə bilərik. Axı, mərminin planetlə eyni sürətlə hərəkət etdiyi bir vəziyyəti təsəvvür edə bilərik.

Bu sürətlə, onu yavaşlatmaq üçün hava müqaviməti olmadan, mərmi davamlı olaraq planetə doğru düşdükcə Yer kürəsinin ətrafında fırlanmağa davam edəcək, lakin Yer də mərmidən "qaçan" kimi eyni sürətlə düşməyə davam edəcək. Bu vəziyyət sərbəst düşmə adlanır.

Təcrübədə

Real həyatda hər şey düşüncə təcrübəmizdəki qədər sadə deyil. İndi biz hava müqaviməti ilə məşğul olmalıyıq ki, bu da mərminin yavaşlamasına səbəb olur, nəticədə onun orbitdə qalması və Yerə düşməməsi üçün lazım olan sürəti əlindən alır.

Yer səthindən bir neçə yüz kilometr məsafədə belə, hələ də peyklərə və kosmik stansiyalara təsir edən və onların yavaşlamasına səbəb olan bir qədər hava müqaviməti mövcuddur. Bu sürtünmə nəticədə kosmik gəminin və ya peykin atmosferə daxil olmasına səbəb olur, burada adətən hava ilə sürtünmə nəticəsində yanır.

Kosmik stansiyaların və digər peyklərin onları orbitdə daha yüksəklərə itələmək üçün sürətlənmələri olmasaydı, onların hamısı uğursuz şəkildə Yerə düşəcəkdi. Beləliklə, peykin sürəti elə tənzimlənir ki, o, planetin peykdən uzaqlaşması ilə eyni sürətlə planetə doğru düşür. Buna görə peyklər Yerə düşmür.

Planetlərin qarşılıqlı təsiri

Eyni proses Yer ətrafında sərbəst düşmə orbitində hərəkət edən Ayımıza da aiddir. Hər saniyə Ay Yerə təxminən 0,125 sm yaxınlaşır, lakin eyni zamanda sferik planetimizin səthi Aydan yayınaraq eyni məsafəyə sürüşür, ona görə də onlar bir-birinə nisbətən öz orbitlərində qalırlar.

Orbitlərdə və ya sərbəst düşmədə sehrli bir şey yoxdur; onlar yalnız peyklərin Yerə niyə düşmədiyini izah edirlər. Bu sadəcə cazibə və sürətdir. Ancaq kosmosla əlaqəli hər şey kimi inanılmaz dərəcədə maraqlıdır.

İllüstrasiya müəllif hüququ Getty Images

Aşağı Yer orbitində kosmik tullantıların miqdarı durmadan artır. Köşə yazarı istifadə edilmiş peyklər Yerə düşəndə ​​nə baş verdiyini anlamağa qərar verdi. Alman alimləri bu problemi araşdırırlar.

Villemsin mənə “ən maraqlı şeyləri” göstərəcəyi bina Kölndə yerləşən Alman Aviasiya və Kosmik Mərkəzinin (DLR) aerodinamik tədqiqatlar institutuna məxsusdur.

Willems həmçinin çoxlu sensorlar, açarlar və düymələri olan nəhəng köhnə pultu olan külək tunelinin idarəetmə mərkəzini “ən maraqlısı olmayan” kimi qeyd edir.

Kütləvi partlayışa davamlı qapıdan keçərək pəncərəsiz otağa daxil oluruq. Divarlar hislə örtülmüşdür, barıt qoxusu havada aydın hiss olunur.

Burada raket mühərriklərinin aerodinamik sınaqları aparılır.

Ancaq göründüyü kimi, bu, ən maraqlısı deyil.

Willems "ən maraqlı" təcrübələrini Köln mərkəzinin külək tunellərindən birində həyata keçirir. O, bir peykin Yer orbitindən çıxmasını simulyasiya edir.

“Hazırda Yer kürəsində çoxlu sayda süni peyklər var və onların hamısı gec-tez orbiti tərk edəcəklər” deyə Willems izah edir.

Atmosferdə yanmayan peyk tullantıları nəyinsə - və ya kiminsə üzərinə düşə bilərmi?

"Kosmik gəmilər atmosferə daxil olanda onlar məhv olurlar. Biz onların fraqmentlərinin sağ qalma ehtimalının nə qədər olması ilə maraqlanırıq".

Başqa sözlə, istifadə olunmuş peyklərin atmosferdə yanmayan dağıntıları Yer kürəsində nəyinsə - və ya kiminsə üzərinə düşə bilərmi?

Willemsin təcrübələri üçün ayrılmış beton döşəməyə quraşdırılmış külək tuneli buxar gəmisinə qoşulmuş nəhəng, yarı sökülmüş tozsoranı xatırladır.

Parlaq qurğu borular və elektrik naqilləri şəbəkəsi ilə örtülmüşdür. Tipik olaraq, bu boru səsdən və hipersəs təyyarələrinin modellərini üfürmək üçün istifadə olunur - orada yaradılan hava axınının sürəti səs sürətini 11 dəfə üstələyə bilər.

Göydən getdikcə daha çox peyk düşəcək

"Boru" özü iki metr hündürlüyündə sferik bir metal kameradır, içərisində təmizləmə üçün modellər xüsusi sıxaclarda sabitlənir.

Lakin Willemsə sıxaclar lazım deyil - o, sadəcə olaraq, havanın əks istiqamətdə təxminən 3000 km/saat sürətlə (bu, səs sürətindən iki dəfə yüksəkdir) axdığı boruya əşyalar atır.

İllüstrasiya müəllif hüququ Getty ImagesŞəkil başlığı Bir qayda olaraq, peyklər atmosferə daxil olduqda məhv edilir.

Bu yolla, yer atmosferindən orbitə çıxan peykin uçuşu simulyasiya edilir.

Willems deyir: "Biz obyektləri hava axınına qoyuruq ki, onların simulyasiya edilmiş sərbəst düşmə zamanı necə davrandıqlarını görək".

“Hər bir təcrübənin müddəti cəmi 0,2 saniyədir, lakin bu, çoxlu şəkil çəkmək və lazımi ölçüləri götürmək üçün kifayət qədər vaxtdır”.

Təcrübələr zamanı əldə edilən məlumatlar kompüter modellərinə daxil ediləcək, bunun sayəsində kosmik gəmilərin orbitdən çıxarkən davranışını daha dəqiq proqnozlaşdırmaq mümkün olacaq. ( Bu videoda DLR Rosat peykinin yer atmosferində məhv edilməsi simulyasiya edilmişdir.)

Hazırda Yer kürəsinin orbitində 2012-ci ilin aprelində qəflətən fəaliyyətini dayandıran Avropa Kosmik Agentliyinin Envisat peyki kimi kiçik metal fraqmentlərindən tutmuş avtobus ölçüsündə bütün kosmik gəmilərə qədər təxminən 500 000 ədəd orbital zibil var.

Britaniyanın Sauthempton Universitetinin təyyarə və raket elmləri üzrə baş müəllimi Huw Lewis deyir: "Ümumiyyətlə, trayektoriyalarını izlədiyimiz dağıntıların sayı artmaqdadır".

Orbital dağıntıların həcmi artdıqca, işləyən peyklər və ya idarə olunan kosmik gəmilərlə toqquşma ehtimalı da artacaq.

Orbital zibil problemi uzun müddət aktual olaraq qalacaq

Artıq bu səbəbdən Beynəlxalq Kosmik Stansiyanın orbiti vaxtaşırı tənzimlənməlidir.

Lyuis deyib: "İşlənmiş avtomobillərin fraqmentləri kosmos tədqiqi başlayandan orbitdən çıxarılır. Bir qayda olaraq, böyük bir obyekt atmosferə 3-4 gündə bir dəfə daxil olur və bu problem uzun müddət aktual olaraq qalacaq".

Atmosferdəki peyklər həddən artıq yüklənmə və yüksək temperatur nəticəsində məhv edilsə də, bəzi iri dağıntılar nisbətən bütöv halda Yerə düşür.

"Məsələn, yanacaq çənləri," Lyuis deyir, "Bəzi kosmik gəmilərin ölçüsü kiçik bir avtomobilin ölçüsünə malikdir."

İllüstrasiya müəllif hüququ Getty ImagesŞəkil başlığı İstifadə olunmuş peyklərin əksəriyyəti orbitdən çıxarılır ki, onlar okeanın yaşayış olmayan ərazilərində atmosferdə parçalanırlar.

Willems avtomobilləri külək tunelinə atmasa da, məqsədi böyük obyektlərin məhv edildiyi zaman necə davrandığını və onların hansı fraqmentlərinin nəzəri olaraq yer səthinə çata biləcəyini görməkdir.

"Bir komponentin ətrafındakı axın qonşuları ətrafındakı axına təsir edir" deyə izah edir, "Onların Yerə ayrı-ayrılıqda və ya qrup halında düşməsindən asılı olaraq, onların atmosferdə tam yanma ehtimalının dərəcəsi də dəyişir".

Bəs kosmik tullantılar tez-tez orbiti tərk edirsə, niyə onun tullantıları evlərin damını yarıb başımızın üstünə düşmür?

Əksər hallarda cavab ondan ibarətdir ki, istifadə edilmiş peyklər qalıq bort yanacağı ilə məqsədyönlü şəkildə orbitdən çıxarılır.

Peyk parçasının üzərinizə düşmə ehtimalı çox aşağıdır

Bu zaman enmə trayektoriyaları elə hesablanır ki, peyklər okeanların yaşayış olmayan əraziləri üzərində atmosferdə yansınlar.

Ancaq planlaşdırılmamış deorbitlər daha böyük təhlükə yaradır.

Ən son belə hallardan biri 2011-ci ildə Amerika kosmik agentliyi NASA-nın Üst Atmosfer Tədqiqat Peykinin (UARS) planlaşdırılmamış orbitindən çıxması idi.

Lyuis qeyd edir ki, Yer kürəsinin 70%-nin okeanlarla örtülməsinə və böyük ərazilərin hələ də seyrək məskunlaşmasına baxmayaraq, UARS-nin düşməsinin Yer kürəsində məhvə səbəb olma ehtimalı, NASA-nın hesablamalarına görə, 2500-də 1-dir.

"Bu, çox yüksək faizdir - əhali üçün mümkün risk 10.000-də 1 olduqda biz narahat olmağa başlayırıq" deyir.

"Biz peyk parçasının üzərinizə düşməsindən danışmırıq - bunun ehtimalı cüzidir. Demək istədiyimiz odur ki, onun prinsipcə kiminsə üzərinə düşməsi ehtimalı var".

Hər il dünyada bir milyondan çox insanın avtomobil qəzalarında öldüyünü nəzərə alsaq, orbital dağıntı parçasının Yer kürəsində əhəmiyyətli dağıntılara səbəb olma ehtimalı çox azdır.

Nə qədər çox peyk orbitə çıxarılsa, bir o qədər çox peyk onu tərk edəcək

Bununla belə, bu, diqqətdən kənarda qalmır, çünki kosmik gəmini kosmosa göndərən ölkə BMT müqavilələrinə uyğun olaraq, bu cür fəaliyyətlərin vurduğu hər hansı zərərə görə hüquqi və maliyyə məsuliyyəti daşıyır.

Bu səbəbdən kosmik agentliklər orbitdən düşən obyektlərlə bağlı riskləri minimuma endirməyə çalışırlar.

DLR-nin eksperimentləri alimlərə plansız deorbitlər də daxil olmaqla, kosmik dağıntıların davranışını daha yaxşı başa düşməyə və daha yaxından izləməyə kömək edəcək.

Kosmik buraxılışların qiyməti getdikcə azalır və peyklər getdikcə daha çox miniatür olur, buna görə də onların sayı yaxın onilliklərdə yalnız artacaq.

"Bəşəriyyət kosmosdan getdikcə daha çox istifadə edir, lakin orbital zibil problemi getdikcə pisləşir," deyən Lyuis, "Daha çox peyk orbitə çıxarıldıqca, ondan daha çoxu çıxarılacaq".

Başqa sözlə, kosmik gəminin dağıntılarına məruz qalma ehtimalı cüzi olaraq qalsa da, getdikcə daha çox peyk səmadan düşəcək.

Aşağı Yer orbitinə buraxılan heç bir obyekt orada əbədi qala bilməz.

Və ya peyklər niyə düşmür? Peykin orbiti ətalət və cazibə qüvvəsi arasında incə bir tarazlıqdır. Cazibə qüvvəsi peyki daim Yerə doğru çəkir, peykin ətaləti isə onun hərəkətini düz saxlamağa çalışır. Cazibə qüvvəsi olmasaydı, peykin ətaləti onu Yerin orbitindən birbaşa kosmosa göndərərdi. Bununla belə, orbitin hər bir nöqtəsində cazibə qüvvəsi peyki bağlı saxlayır.

Ətalət və cazibə qüvvəsi arasında tarazlığa nail olmaq üçün peyk ciddi şəkildə müəyyən edilmiş sürətə malik olmalıdır. Çox sürətli uçarsa, ətalət cazibə qüvvəsini üstələyir və peyk orbiti tərk edir. (Peykin Yer orbitindən çıxmasına imkan verən ikinci qaçış sürəti adlanan sürətin hesablanması planetlərarası kosmik stansiyaların buraxılmasında mühüm rol oynayır.) Peyk çox yavaş hərəkət edərsə, cazibə qüvvəsi ətalətlə mübarizədə qalib gələcək və peyk yerə düşmək. 1979-cu ildə Amerikanın Skylab orbital stansiyası yer atmosferinin yuxarı təbəqələrinin artan müqaviməti nəticəsində azalmağa başlayanda məhz belə oldu. Cazibə qüvvəsinin dəmir məngənəsinə tutulmuş stansiya tezliklə Yerə düşdü.

Sürət və məsafə

Yerin cazibə qüvvəsi məsafə ilə zəiflədiyi üçün peyki orbitdə saxlamaq üçün tələb olunan sürət yüksəkliyə görə dəyişir. Mühəndislər peykin nə qədər sürətli və nə qədər yüksəklikdə orbitə çıxacağını hesablaya bilirlər. Məsələn, həmişə yer səthinin eyni nöqtəsindən yuxarıda yerləşən geostasionar peyk 357 kilometr hündürlükdə 24 saat ərzində (bu, Yerin öz oxu ətrafında bir dövrə vurma vaxtına uyğundur) bir orbit fırlamalıdır.

Cazibə və ətalət

Peykin cazibə qüvvəsi və ətalət arasında tarazlaşdırılması ona bərkidilmiş ip üzərində çəki fırlatmaqla simulyasiya edilə bilər. Yükün ətaləti onu fırlanma mərkəzindən uzaqlaşdırmağa meyllidir, cazibə qüvvəsi kimi çıxış edən ipin gərginliyi isə yükü dairəvi orbitdə saxlayır. İp kəsilərsə, yük orbitinin radiusuna perpendikulyar olan düz yol boyunca uçacaq.

Sadə suallar. Antonets Vladimir Aleksandroviç ensiklopediyasına bənzər bir kitab

Niyə peyklər Yerə düşmür?

Bu sualın cavabı məktəbdə geri verilir. Eyni zamanda, adətən çəkisizliyin necə yarandığını da izah edirlər. Bütün bunlar yer üzündəki həyat təcrübəsinə əsaslanan intuisiya ilə o qədər uyğun gəlmir ki, onu dərk etmək çətindir. Və buna görə də, məktəb bilikləri aşındıqda (hətta belə bir pedaqoji termin var - "qalıq bilik") insanlar yenidən peyklərin Yerə düşməməsi və uçuş zamanı kosmik gəminin içərisində çəkisizlik yarandığı ilə maraqlanırlar.

Yeri gəlmişkən, əgər bu suallara cavab verə bilsək, o zaman biz özümüzə aydınlıq gətirəcəyik ki, niyə Ay Yerə düşmür, Yer də öz növbəsində Günəşə düşmür, baxmayaraq ki, cazibə qüvvəsi Yerə təsir edən Günəş nəhəngdir - təxminən 3,6 milyard ton. Yeri gəlmişkən, 75 kq ağırlığında olan bir insanı təxminən 50 q qüvvə ilə Günəş cəlb edir.

Cismlərin hərəkəti Nyuton qanunlarına çox yüksək dəqiqliklə tabe olur. Bu qanunlara görə, heç bir xarici qüvvənin təsiri altında olmayan, qarşılıqlı təsirdə olan iki cisim yalnız qarşılıqlı təsir qüvvələri tarazlaşdıqda bir-birinə nisbətən sükunətdə ola bilər. Biz yerin səthində hərəkətsiz dayanmağı bacarırıq, çünki cazibə qüvvəsi yer səthinin bədənimizin səthinə təzyiq qüvvəsi ilə tam olaraq kompensasiya olunur. Eyni zamanda, Yer və bədənimiz deformasiyaya uğrayır, ona görə də biz ağırlıq hiss edirik. Məsələn, bir növ yükü qaldırmağa başlasaq, onun ağırlığını əzələ gərginliyi və bədənin deformasiyası vasitəsilə hiss edəcəyik, bunun vasitəsilə yük yerə söykənir.

Əgər qüvvələrin belə bir kompensasiyası yoxdursa, cisimlər bir-birinə nisbətən hərəkət etməyə başlayır. Bu hərəkət həmişə dəyişən sürətə malikdir və həm sürətin böyüklüyü, həm də istiqaməti dəyişə bilər. İndi təsəvvür edin ki, biz hansısa cismi sürətləndirmişik, onun hərəkətini Yerin səthinə paralel istiqamətləndirmişik. Başlanğıc sürəti 7,9 km/s-dən az idisə, yəni ilk kosmik sürət deyiləndən az idisə, onda cazibə qüvvəsinin təsiri altında bədənin sürəti həm böyüklükdə, həm də istiqamətdə dəyişməyə başlayacaq və o, şübhəsiz ki, aşağı düşəcək. Yer. Sürətlənmə sürəti 11,2 km/s, yəni ikinci kosmik sürətdən çox olsaydı, cisim uçacaq və bir daha Yerə qayıtmayacaq.

Əgər sürət birincidən böyük, lakin ikinci kosmik sürətdən az idisə, onda cisim hərəkət etdikdə yalnız sürətin istiqaməti dəyişəcək və böyüklük sabit qalacaq. Anladığınız kimi, bu, yalnız cisim qapalı bir dairədə hərəkət etdikdə mümkündür, diametri nə qədər böyük olarsa, sürət ikinci kosmik sürətə nə qədər yaxın olarsa. Bu o deməkdir ki, cəsəd Yerin süni peykinə çevrilib. Müəyyən şəraitdə hərəkət dairəvi bir yolda deyil, uzanan elliptik yolda baş verəcəkdir.

Yer bölgəsindəki bir cisim Yeri Günəşlə birləşdirən seqmentə perpendikulyar istiqamətdə 42 km/s sürətlə sürətləndirilərsə, o, Günəş sistemini həmişəlik tərk edəcək. Yerin orbital sürəti cəmi 29 km/s-dir, ona görə də xoşbəxtlikdən o, nə Günəşdən uzaqlaşa, nə də onun üzərinə düşə bilər və əbədi olaraq öz peyki olaraq qalacaq.

Bu mətn giriş fraqmentidir.