Предыдущие части:
Немного сарказма
Про лунную ракету
Про корабль "Орион"
Полет Ориона
Год назад, после многочисленных переносов стартов, исправления поломок и недоделок (я про это писал в статье "Почему SLS так долго не могла стартовать") SLS все же отправила КК "Орион" в сторону Луны. Корабль "Орион" отправился к Луне (и за Луну) по дальней ретроградной гало-орбите.
Звучит весьма внушительно, а если к этому добавить еще и то, что он удалился на рекордное расстояние "за" Луну, так, что угловые размеры Луны и Земли почти сравнялись
то есть на расстояние 430 000 км от Земли и примерно 70 000 от Луны - все выглядит как успех, даже перекрывающие "полеты" Аполлонов.
Но мы скептики и посмотрим на все несколько скептически.
Для начала - ретроградная орбита. Ретроградная - направленная в противоположенную сторону. Это хорошо видно на схеме выше.
Земля вращается с запада на восток - если смотреть с северного полюса - то есть против часовой стрелки. Луна вокруг Земли так же вращается против часовой стрелки. Луна вокруг своей оси так же вращается в том же направлении.
"Орион" вышел на орбиту вокруг Луны по часовой стрелки - ретроградная орбита.
Гало-орбита, это не кеплеровская орбита.
Про кеплеровские орбиты.
Это эллипсы. Или частный случай - окружность.
Почти все орбиты в космосе - планеты вокруг Солнца, спутники вокруг планет, кометы, астероиды (хотя не все, есть некоторые исключения) - кеплеровские эллипсы.
Искусственные спутники вокруг Земли - так же вращаются по кеплеровским эллипсам.
У кеплеровских эллипсов есть такое свойство - сохранять свою плоскость орбиты в пространстве. Именно потому для всяких, мониторящих поверхность Земли и атмосферу, спутников, очень "вкусные" полярные орбиты. Плоскость орбиты остается постоянной, а земля медленно поворачивается, показывая на каждом витке спутника все новую, ранее не просмотренную поверхность.
Это свойство - из за взаимодействия силы притяжения Земли на вектор скорости спутника, который она, эта сила, постоянно отклоняет
Но так как Земля в космическом пространстве не одна, ее окружают Луна, Солнце, планеты - и на спутник действуют и их силы притяжения, вызывая возмущения.
Немного меняется форма эллипса, немного меняется скорость спутника, немного меняется плоскость орбиты. Для некоторых спутников это не критично, а многим нужно чётко выдерживать свое положение на орбите и саму орбиту. Геостационарные, навигационные, спутники связи на высокоэллиптических орбитах - все требуют периодической коррекции орбиты. И время "плодотворного" существования спутника определяется несколькими основными параметрами, из которых главнейшие - это запас топлива для коррекции и время жизни электронных компонентов в зоне действия повышенной радиации.
Не кеплеровские орбиты - те, которые не сохраняют свою эллипсность и плоскость. Не то, что бы испытывают возмущения - нет, они не сохраняют ее в принципе. Как такое получается?
Рассмотрим систему Земля-Луна
В точке Л1 (первая точка Лагранжа) притяжение Земли уравнивается притяжением Луны, с учетом центробежной силы.
Полет к Луне, "классический", если у нас большой запас скорости (очень мощная РН)
На НОО разгонным импульсом набираем скорость КК примерно 11+ км/с - это еще не парабола, но очень высокий эллипс, апогей которого находится за орбитой Луны. 11+ км/с - это только у Земли, при "подъеме" к апогею скорость снижается до очень малой величины.
Если Луна при этом окажется в нужном месте(ка на схеме), то при приближении к апогею сила притяжения Луны (которая действовала на всем протяжении полета, но была весьма слабой) сильно увеличится при уменьшении расстоянию и корабль будет разгоняться. Если при этом ничего не делать, Луна сыграет роль "космической пращи" и корабль уйдет на новую орбиту, с более высоким энергетическим потенциалом - эквивалент скорости у Земли будет выше 11+ км/с.
Что бы стать спутником Луны, КК должен выдать тормозной импульс и перейти на эллиптическую или круговую орбиту вокруг Луны.
Что бы уменьшить величину тормозного импульса, можно использовать ретроградную орбиту - то есть что бы "космическая праща" Луны не ускоряла спутник (его энергетический потенциал) , а наоборот, тормозила.
По такой орбите, в соответствии с оф версией, летали Аполлоны.
А если ракета слабая и до орбиты Луны орбита корабля не дотягивается?
Тогда можно "дотянуться" до точки Лагранж 1, или несколько за нее.
В точке Л1 сила притяжения Земли по модулю равняется силе притяжения Луны. Но они противоположено направлены - система как бы в равновесии. И если космический корабль подойдет в эту точку с минимальной скоростью (а такое возможно, если у орбиты большой эксцентриситет - вытянутость или сжатость эллипса, и эллипс "высокий", то в апогее он почти замирает), то сил, которые его отправили бы дальше по эллиптической орбите, нет. Положение безразличного равновесия. И космический корабль начинает дрейфовать в окрестности этой точки.
Реальная картина несколько сложнее, поскольку действуют еще две силы - центробежная и сила Кориолиса. Кроме того, плоскость орбиты Луны вокруг Земли и плоскость орбиты Земли вокруг Солнца не совпадают и вызывают дополнительные силы.
Все это отправляет аппарат "блуждать" по сложной пространственной кривой, так называемой гало-орбите.
Гало-орбиты могут быть возле ближней точки Л1, возле дальней точки Л2 и их "плоскость" (хотя они совсем не плоские) не лежат в плоскости лунной орбиты, а скорее перпендикулярны ей.
Дальняя ретроградная гало-орбита огибает обе точки Лагранжа, Л1 и Л2 (и Луну тоже) по сложной кривой, лежащей в плоскости лунной орбиты.
Именно по этой орбите совершал полет КК Орион.
Для чего и почему КК Орион летел по такой орбите?
Для начала - что говорят "официалы" по данному вопросу.
В будущем, самом ближайшем, на окололунной орбите будет находится космическая станция (обитаемая или посещаемая) Gateway (ворота, шлюз).
И все полеты на Луну, пилотируемые, будут проходить через эту станцию. Земля-Gateway, Gateway-Луна, Луна-Gateway, Gateway-Земля.
Программа Аполлон по схеме как бы не сильно отличалась, только "станции" были, скажем так, одноразовые - командный и служебный модуль корабля Аполлон.
Для станции Gateway выбирают подходящую орбиту. Кандидаты - гало-орбиты вокруг Л1 и Л2, Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO) — «почти прямолинейная гало-орбита», ретроградная гало-орбита и несколько других.
Классические кеплеровские из кандидатов почти сняли.
Какие аргументы за "хитрые" орбиты для лунной станции? Из наиболее значимых:
1. Малое количество топлива для удержания станции на орбите.
2. Постоянная видимость с Земли.
3. Экономичный перелет от Земли до станции (и обратно).
Соответственно, для "прощупывания" подобных орбит и летал Орион. Хотя до Ориона эти же задачи решает маленький аппарат CAPSTONE.
Чего неохотно говорят, или совсем не говорят "официалы"?
Это то, что с окололунной станции на такой орбите добраться до поверхности Луны весьма сложно. А вернуться - еще сложнее.
Проше всего совершать посадку на поверхность Луны с низкой окололунной орбиты. Запас топлива для этого - минимальный. И так же проще всего возвращаться с Лунную на низкую окололунную орбиту. Топлива для этого - так же минимальное количество. А так как на Луне нет завода, производящего топлива, то все нужно везти с собой, с Земли - и топливо для торможения, и топливо для возврата. И здесь каждый килограмм взлетного топлива превращается в десятки килограмм для его привоза, а те килограммы в сотни и тысячи килограмм для доставки на орбиту - пирамида или геометрическая прогрессия.
И чем более длинная "последняя миля" тем сложнее все становится, по массам топлива и сопутствующего оборудования - двигатели, баки и прочее.
То есть если указанная станция на запланированной орбите будет запущена/построена, то технологий, позволяющих совершить пилотируемую посадку и последующий взлет просто не будет.
Но все действия с Артемидой, Орионом как будто говорят:
- а что, мы не ищем лёгких путей, мы ставим себе непосильную задачу, и разумеется с ней не справимся, а потом скажем, что было мало денег... Да и вообще, на Луну мы лететь не хотим...
Мнение автора канала по данному вопросу.
Все эти "умные" разговоры, рассуждения и объяснения базируются на простой основе - сверхтяже СЛС, её возможностях.
Её слепили из того, что было, и получилось, что получилось. Гораздо "бледнее", нежели официальные параметры Сатурн-5.
Сколько у нее реальной полезной нагрузки - доподлинно неизвестно.
Корабль "Орион" - детище программы Созвездие, благополучно закрытой. Носители той программы - Арес-1 и Арес-5 почему то не получились. Не получился "водородник" J-2x с запуском наверху.
А корабль "Орион" - остался. В 2014 году слетал в испытательный полет.
Перешел, со всеми своими особенностями и характеристиками, в программу Артемида. Но так как его планируемый носитель Арес-5 должен был иметь возможность выводить на НОО аж 188 т ПН, то корабль вышел весьма "увесистый".
Когда же возможность кормить обещаниями и осваивать бюджет закончилась, и все равно пришлось как то лететь на Луну, то был выбран вариант "дымовой завесы". Полететь куда нибудь в сторону Луны.
Тщательно посчитали реальные возможности СЛС. Корабль "Орион" с минимальной заправкой топливом. Этого топлива на нормальные маневры - выход на орбиту Луны и отлет обратно - разумеется не хватало. Выбрали "хитрую" ретроградную гало-орбиту. СЛС дает разгонный импульс - не очень большой, но достаточный, что бы за 4 с лишним суток Орион "дополз" да окрестностей Луны. Никакого торможения - просто легкий корректирующий импульс и аппарат ушел к Л2. Поболтался там по большому кругу - небесную механику не обманешь - и снова прошел мимо Луны. Еще крохи топлива на коррекцию - и вот она траектория возвращения.
Все, миссия выполнена. Для объяснения столь своеобразных действий (а ведь исходно было заявлено, что беспилотная миссия это предшественник пилотируемой, которая вот вот состоится), не имеющих к пилотируемому полету никакого отношения была запущена "дымовая завеса" про окололунную станцию. И про всякие тренировочные действия.