Сегодня мы будем обсуждать видеоролик полёта ракеты-носителя "Сатурна-5" под другим (нежели ранее) углом зрения - мы определим скорость ракеты. Видеоролик - это непрерывный план, снятый кинотеодолитом, длящийся 3 минуты 11 секунд и обозначенный как запуск "Аполлона-11" (1969 Apollo 11 Saturn V launch, tracking camera) - начинается со старта ракеты, а заканчивается отделением первой ступени.
Мы уже обсуждали этот ролик в предыдущей статье (№ 112) и указывали, что видимый в кадре полёт ракеты не может быть отождествлён с "Аполлоном-11". Во время исторического старта "Аполлона-11", 16 июля 1969 года, почти всё небо было в "молоке", в полупрозрачной дымке - облака верхнего яруса покрывали 90% неба. А здесь за ракетой мы видим голубое безоблачное небо. Мы даже предположили, что это может быть старт "Аполлона-8" (декабрь 1968 г.).
После того, как статья 112 была опубликована,
внимательные читатели обратили внимание на проходящие по кадру высоковольтные провода.
Похожие провода, с наклоном вправо, проходящие в кадре по середине ракеты, были замечены нами во время старта "Аполлона-7".
Но старт "Аполлона-7" проходил с другого стартового комплекса (LS-34), на 11 км южнее "лунного порта" (LS-39A). К тому же ракетой-носителем для "Аполлона-7" был "Сатурн-1Б", а не "Сатурн-5", как у "Аполлона-11". А эти ракеты-носители внешне отличались как по высоте (68 м и 110 м), так и по форме стабилизаторов.
В комментариях читатели стали искать провода вокруг "лунного порта" на комплексе LS-39A. И они нашлись. Высоковольтные столбы проходили через озеро и были видны с одной из телекамер. Правда, провода по кадру проходили довольно низко.
Чтобы указать сектор, где следует искать столбы и провода, достаточно взглянуть на расположение ракеты и опорной башни.
Ракета собирается в Здании вертикальной сборки и затем на передвижной платформе выезжает на стартовую площадку.
Проехав примерно 5 км, платформа останавливается на месте старта.
Сравнивая расположение корпуса ракеты относительно опорной башни на предыдущей фотографии и на кнокадре, можно понять, что относительно дороги, по которой двигалась платформа, точка съёмки кинотеодолитом (так называемая "трекнговая камера") находится правее примерно на 45-50 градусов.
Наш постоянный читатель под ником Алексей Душичев указал это место на правом берегу озера Пинтейл-Крик, в 700-х метрах от места старта.
Он обвёл красным цветом опору ЛЭП в воде и добавил:
Его коллега (а может, это он же сам, но под другим ником) привёл вот такую установку кинотеодолита, написав - "что то вроде этого".
На самом деле на фотографии мы видим современную установку, а в во время запуска "Аполлонов" на кинотеодолите стояла 35-мм кинокамера "Митчел" (Mitchell). 300-метровая кассета позволяла снимать непрерывно около 11 минут.
Кинокамера, чтобы не перегреваться на солнце, была покрашена в белый цвет. Поэтому кинотеодолит выглядел вот так:
Если измерить расстояние от стартового стола до предполагаемого места установки кинотеодолита, то это будет примерно 700-720 метров.
На фотографии 2008 года это место находится в правом нижнем углу.
Вначале камера (если обратиться к карте) смотрит влево, на запад-северо-запад, навстречу полету ракеты. Ракета поднимается и направляется на восток, в сторону океана. Камера панорамирует за ней вправо.
Когда камера смотрит на север, мы видим ракету как бы в профиль. При этом плоскость полета практически перпендикулярна оси объектива, искажение истинных размеров ракеты не наблюдается.
С расстояния 720 метров в кадр входит примерно 2/3 ракеты по высоте. Удаляясь, ракета уменьшается в размерах. Вот два фрагмента видеозаписи: а) - старт ракеты, б) - 80-я секунда полёта.
Зная, какой размер занимает ракета в кадре, легко посчитать расстояние до неё. Думаю, никто не будет возражать, что если ракета стала дальше в 2 раза, ее угловой размер уменьшился тоже в 2 раза?
Так вот. На первом снимке, мы видим 2/3 ракеты, примерно 76 метров. И расстояние до неё - 720 метров. Через 80 секунд её размер уменьшился в 3 раза (точнее 2,9 раза). Но если ракета стала в 3 раза меньше, значит, расстояние до неё увеличилось в 3 раза. Вначале дистанция была 720 метров, то теперь - стала чуть боле 2 км (2090 метров).
По графику НАСА на 80-й секунде полёта ракета должна быть на высоте примерно 15 км, а она только преодолела 2-километровую отметку. Очень существенная разница!
Далее ракета летит на восток, в сторону вращения Земли. Это вращение придаёт ракете дополнительную скорость.
Таким образом траектория ракеты поле старта с полуострова Флорида выглядит следующим образом:
Вслед за ракетой камера панорамирует на северо-восток. В кадре видно, что ракета постепенно начинает поворачиваться к камере "хвостом", т.е двигателями к объективу. Вот два отрезка времени, 106-я секунда полёта и 124-я.
На 106-й секунде полёта мы ещё можем различить все три ступени ракеты-носителя. На 124-й секунде мы видим ракету уже в сокращённом размере, поскольку камера снимает её в догонку (у фотографов это называется "уходящий профиль"). Но на 106 секунде искажение реального размера незначительно. В этот момент времени размер ракеты в кадре в 10 раз меньше, чем на старте. Если бы на таком удалении ракета располагалась перпендикулярно оси объектива, её видимый размер был бы больше.
Я чертил косоугольные проекции, пытаясь понять, насколько сократился видимый размер ракеты, и в какой момент струи горящих газов начали перекрывать третью ступень. У меня получилось не такое большое изменение размера ракеты за счет отклонения от нормали, всего 10-15%. То есть в реальности размер ракеты изменился не в 10, а примерно в 9 раз. А это означает, что ракета удалилась на 9-кратное расстояние относительно первоначального (720 м). Другими словами, на 106 секунде ракета находится от точки съёмки на расстоянии примерно 6,5 км.
Согласно графику НАСА (стр. 3-8), который мы уже показывали не раз, на 106 секунде полёта "Аполлон-11" должен быть на высоте (ALTITUDE) 25 км и удалиться от космодрома более, чем на 30 км. А он удалился всего лишь на 6,5 км.
Почему мы взяли эту отметку, 106 секунд? Дело в том, что согласно клипу Фила Полейши, "Аполлон-11" пронзил слой полупрозрачных облаков только на 106 секунде, и многие обсуждали этот момент времени. У меня была отдельная статья, под № 111, где я рассчитал высоту облачного слоя в этот момент и пришёл к выводу, что эта высота - 6,2 км. Поэтому на приведённом выше рисунке вы видите помимо официального значения, отмеченного красным цветом (высота 25 км), ещё и синюю линию с отметкой 6,2 км - это та высота, которая получилась в реальности по клипу Фила Полейши. Вместо 25 км за 106 секунд "Аполлон-11" поднялся вверх всего на 6,2 км.
Извлечём дополнительную информацию из обсуждаемого клипа "1969 Apollo 11 Saturn V launch, tracking camera". У нас есть время полёта (106 секунд) и пройденный путь (около 7 км). Можно рассчитать ускорение, с которым двигался "Сатурн-5" и определить его скорость на 106 секунде.
Здесь следует учесть, что ракета, удаляясь, вначале поднимается вертикально вверх, идёт по дуге слева направо относительно точки съёмки и лишь потом удаляется по лини, близкой к прямой. Поскольку в целом это не прямолинейная траектория, то и результат получится лишь приблизительный.
Подставив в формулу пути при равноускоренном движении (S= at^2/2) с начальной нулевой скоростью, время и пройденный путь, получим ускорение 1,16 м/с^2.
Отсюда скорость на 106 секунде составит (v=at=1,16 х 106) примерно 123 м/c, вместо официально заявленной 882 м/c. Эта скорость в 7 раз меньше скорости, необходимой для выхода на орбиту.
Сравним это значение с тем результатом, который получил А.Попов, анализируя скорость движения тени ракеты по облакам. Вот данные из его работы - 115 м/с.
Я и А.Попов шли разными путями, он определял скорость ракеты по движению тени на облаках, я - по изменению размера ракеты в кадре, но мы пришли к очень близким результатам - реальная скорость "Аполлона-11" в 7-8 раз меньше расчётной. Такая медленная ракета не выйдет на орбиту Земли, а неизбежно упадёт в океан.
Была ли эта ракета, показанная в видеоролике, "Аполлоном-11", или же это был "Аполлон-8"? Пока что ясно только то, что ракетой-носителем был "Сатурн-5". А что там было на самом верху, после третьей ступени - уже не столь важно.
Скорее всего вместо лунного и служебного модуля ракету венчал пустой цилиндр и внешняя оболочка конуса вместо командного модуля.
А теперь - ещё один очень важный момент. Мы его ни разу не обсуждали на моём канале, хотя статей про лунную аферу я написал уже более сотни. Это эффект Прандтля-Глоерта - конденсация атмосферной влаги вокруг объекта, движущегося на околозвуковых скоростях. На видео он начинает появляться на 61-й секунде полёта, к 64-й секунде отчётливо виден, достигает максимума к 71-й секунде, а на 73-й секунде исчезает.
На мой взгляд, скорость движения ракеты столь мала, что этот эффект конденсации влаги просто не может возникнуть. Мы знаем, что эффект Прандтля-Глоерта во влажной атмосфере может наблюдаться при скоростях, намного меньших скорости звука. Но это не тот случай.
В случае полёта "Сатурна-5" эффект Прандтля-Глоерта был получен искусственным путём, возможно, с помощью выброса в атмосферу небольшого количества холодного сжиженного кислорода.
Всем кинематографистам известен эффект, когда холодный воздух врывается в тёплое помещение, вызывая эффект пара. Холодный воздух моментально охлаждает тёплый комнатный воздух ниже точки росы, и тот выделяет избыточную влагу. Посмотрит, например, фильм "Девчата" (1961 г.). Вот момент, актёр Михаил Пуговкин входит зимой с улицы в помещение. Следом за ним устремляется поток "морозного воздуха".
Или вот с улицы заходит почтальонша. За ней сразу врывается холод.
Вы, наверное, догадались, что совсем не обязательно в павильоне иметь дверь, которая выходит сразу на морозную улицу. Достаточно просто пустить немного белого дыма от недорогой дымовой шашки. Именно так делается кино.
Я думаю, что для кинематографистов сделать в кадре эффект Прандтля-Глоерта не составляет никакого труда. Это моё мнение. Возможно, оно не совпадает с вашим. Тем интереснее мне будет услышать на этот счёт ваши комментарии.
*
В статье №97 я приводил цитаты из документального фильма США о визуальной скорости ракеты.
- С земли казалось, что ракета движется слишком медленно, и я мысленно подгонял её, опасаясь, что тяги не хватит.
- Хотелось её буквально подтолкнуть.
- Наблюдая за медленным взлётом тысячетонной ракеты, я опасался, что она завалится.
Так описывали взлёт "Сатурна-5" технические специалисты НАСА в фильме "Лунные машины. Ракета Сатурн - 5. Документальный фильм".
Это был запуск ракеты-носителя "Сатурн-5" с беспилотным "Аполлоном-4". А теперь представьте, как будет выглядеть подъём, если ракету дополнительно нагрузят ещё и оборудованием для поддержания жизнедеятельности.
Для нас нет ничего удивительного в том, что "Аполлон-11" на видео так медленно набирает высоту. Очень странно другое - то, что "претензии" в медленном подъёме ракеты со старта предъявляются только к любительскому ролику Фила Полейши, как будто на других видеороликах ракета поднимается быстрее.
*
До новых встреч! С вами был Л.Коновалов, оператор кино и телевидения.