Пилотируемый космический полет

При расчете времени старта космического корабля обязательно учитывается необходимость контролируемого и точного построения ориентации космического корабля на орбите непосредственно перед будущим возвращением на Землю. Ориентация корабля необходима и перед фотографированием объектов, изучением звезд и перед выполнением других задач, которые требуют приведения космического корабля перед работой в строго определенное положение в пространстве.

Подобные эксперименты также планируются задолго до полета, и четко рассчитываются по времени, так как их выполнение связано с целым комплексом многочисленных условий по взаимному расположению объектов, с динамическими процессами и многим другим.

Важное значение при планировании старта имеет высота апогея и перигея орбиты, на которую выводится космический корабль. Эти величины в течение полета не являются постоянными для любого космического аппарата. На каждом витке, особенно в перигее космический корабль задевает атмосферу и получает определенное торможение. На следующем витке трасса полета проходит еще ниже, а следовательно плотность атмосферы и ее сопротивление увеличиваются, увеличивая при этом и эффект торможения. Как только скорость космического корабля станет ниже 8 километров в секунду, он неминуемо сойдет с орбиты по длинной, растянувшейся на несколько тысяч километров параболе и устремится к Земле. Вот только рассчитать точку посадки в этих условиях чрезвычайно трудно.

С другой стороны, тормозящий эффект атмосферы на высотах ниже 150 километров не позволяет летать за счет инерции. В этих случаях нужна постоянная работа двигателей для поддержания высоты за счет увеличения скорости полета, то есть работе двигателей на разгон. Иначе космический корабль по той же параболе снова устремится к Земле.

Отсюда возникло и такое понятие как время существования космического летательного аппарата на орбите, величина которого равна временному промежутку от выведения космического аппарата на орбиту до его входа в плотные слои атмосферы в пределах 100–150 километров.

Критическим значением периода обращения космического корабля на орбите, при котором еще обеспечивается орбитальный полет, считается время 87,75 минут при высоте 170 километров. Орбита при этом круговая.

Если орбита космического корабля не круговая, а эллиптическая, то очень важным параметром, определяющим время существования, является перигей. Именно в районе этих точек корабль наиболее сильно ощущает плотность атмосферы.

При высоте перигея 100 километров корабль войдет в атмосферу через виток.

При высоте перигея 200 километров время существования корабля уже около ста дней.

При высоте перигея 500 километров время существования корабля достигает десятков лет.

Цифры параметров орбиты могут изменяться в зависимости от многих условий на конкретный момент времени. Играют роль и гравитационные силы, и магнитное поле, и влияние Солнца. Однако ученые на первых этапах пилотируемых космических полетов учитывали в основном факт аэродинамического торможения атмосферы, используя его как один из резервов безопасности полета.

Ниже приводится таблица по космическим кораблям типа «Восток» и «Восход», а также более подробные данные по полету космического корабля «Восток-3».

Из таблицы видно, что все космические корабли серии «Восток» выводились на очень низкую орбиту в перигее, обеспечивая тем самым минимально необходимое время существования на орбите. Кроме полета Юрия Гагарина, корабль которого забросили слишком высоко, так как очень старались гарантировано обеспечить ему космический полет.

Если бы Г. Титова или любого другого космонавта, стартовавшего на этих кораблях, забросили бы слишком низко, то они не смогли бы летать больше суток и не выполнили бы программу полета. Атмосфера заставила бы их корабли приземлиться раньше.

В случае же, если бы корабль при старте забросили бы слишком высоко, а тормозная двигательная установка отказала, то корабль мог бы крутиться на орбите слишком долго и имеющиеся системы жизнеобеспечения не помогли бы космонавту выжить в этом полете. Их ресурс не рассчитан на значительное увеличение продолжительности существования человека в космическом полете.

Проводя дальнейшие расчеты снижения космического корабля «Восток-3» можно узнать, когда бы он приземлился в случае отказа тормозной двигательной установки. Для этого каждый может построить график снижения и убедиться в том, что не позже чем через 10 суток корабль сел бы за счет самоторможения.

Зная, что система жизнеобеспечения «Востоков» позволяла космонавту жить на орбите до 10 суток, можно наглядно убедиться в степени безопасности полетов космонавтов на этих кораблях при условии отличной работы стартовой команды.

Система жизнеобеспечения космических кораблей США в первых полетах обеспечивала существование астронавтов на орбите до трех суток. Их корабли поднимались на орбиту не выше 160 километров, что также обеспечивало им возможность возвращения в допустимые сроки.