Международная космическая станция (МКС) - это масштабный и, пожалуй, самый сложный по своей организации реализованный технический проект за всю историю человечества. Ежедневно сотни специалистов по всему миру трудятся над тем, чтобы МКС могла полноценно выполнять свою основную функцию - быть научной площадкой для изучения безграничного космического пространства и, конечно же, нашей планеты.

Когда смотришь новости про МКС, то возникает множество вопросов, относительно того, как космическая станция вообще может работать в экстремальных условиях космоса, как она летает по орбите и не падает, как в ней могут жить люди, не страдая от высоких температур и солнечной радиации.

Изучив данную тему и собрав всю информацию в кучу, признаться, я вместо ответов получил еще больше вопросов.

На какой высоте летает МКС?

МКС летает в термосфере на высоте примерно 400 км от Земли (для информации - расстояние от Земли до Луны составляет примерно 370 тысяч км). Сама термосфера представляет собой атмосферный слой, который, по сути, еще не совсем является космосом. Этот слой простирается от Земли на расстояние от 80 км до 800 км.

Особенность термосферы в том, что температура с высотой повышается и при этом может значительно колебаться. Выше 500 км возрастает уровень солнечной радиации, который может запросто вывести из строя технику и негативно повлиять на здоровье космонавтов. Поэтому МКС выше 400 км не поднимается.

Так выглядит МКС с Земли

Какая температура за боротом МКС?

Информации на данную тему совсем мало. Разные источники говорят по-разному. Говорят, что на уровне 150 км температура может достигать 220-240°, а на уровне 200 км более 500°. Выше температура продолжает расти и на уровне 500-600 км она уже якобы превышает 1500°.

По словам самих космонавтов, на высоте 400 км, на которой летает МКС, температура постоянно меняется в зависимости от светотеневой обстановки. Когда МКС находится в тени, температура за бортом опускается до -150°, а если она под прямыми лучами солнца, то температура повышается до +150°. И это уже даже не парилка в бане! Как при такой температуре космонавты вообще могут находиться в открытом космосе? Неужели их спасает супер термокостюм?

Работа космонавта в открытом космосе при +150°

Какая температура внутри МКС?

В отличие от температуры за бортом внутри МКС удается сохранить стабильную температуру, пригодную для жизни людей - приблизительно +23°. Причем как это делается, совершенно непонятно. Если за бортом, например, +150°, то как удается охладить температуру внутри станции или наоборот и постоянно держать её в норме?

Как влияет радиация на космонавтов в МКС?

На высоте 400 км радиационный фон в сотни раз превышает земной. Поэтому космонавты на МКС, когда они оказываются на солнечной стороне, получают облучение, уровень которого в несколько раз превышает дозу, например, полученную при рентгене грудной клетки. А в моменты мощных вспышек на Солнце работники станции могут схватить дозу, в 50 раз превышающую норму. Как им при этом удается работать в таких условиях длительное время, также остается загадкой.

Как влияет космическая пыль и мусор на МКС?

По данным NASA, на околоземной орбите около 500 тысяч больших обломков (частей отработанных ступеней или других деталей космических кораблей и ракет) и ещё неизвестно, сколько подобного мелкого мусора. Всё это «добро» вращается вокруг Земли со скоростью 28 тысяч км/ч и почему-то не притягивается к Земле.

Кроме того, существует и космическая пыль - это всевозможные метеоритные осколки или микрометеориты, которые постоянно притягиваются планетой. Причём, если даже пылинка весит всего 1 грамм, она превращается в бронебойный снаряд, способный продырявить станцию.

Говорят, что если к МКС приближаются такие объекты, то космонавты меняют курс станции. Но мелкий мусор или пыль невозможно отследить, поэтому получается, что МКС постоянно подвергается огромной опасности. Как с этим справляются космонавты, опять же непонятно. Получается, что каждый день они сильно рискуют своей жизнью.

Отверстие в шаттле Индевор STS-118 от попадания космического мусора похоже на пулевое отверстие

Почему МКС не падает?

В различных источниках пишут о том, что МКС не падает благодаря слабой гравитации Земли и космической скорости станции. То есть, вращаясь вокруг Земли со скорость 7,6 км/с (для информации - период обращения МКС вокруг Земли составляет всего 92 мин 37 секунд), МКС как бы постоянно промахивается и не падает. Кроме того, на МКС есть двигатели, которые позволяют постоянно корректировать положение 400-тонной махины.

Образование

Какая высота орбиты МКС от Земли?

16 января 2018

МКС, или международная космическая станция, - это пилотируемый орбитальный корабль, который используется как многофункциональный исследовательский центр. Состоит станция из четырнадцати модулей, запущенных в разные годы. Каждый из них выполняет определенную функцию: спальни, лаборатории, складские помещения, спортзалы. Высота орбиты МКС постоянно изменяется, в среднем она составляет 380 км. Работу станции обеспечивают солнечные батареи, размещенные на обшивке.

Модули МКС строились на Земле. Затем каждый из них запускался в космос. Собирали станцию космонавты в условиях невесомости. В настоящее время вес МКС составляет более четырехсот тонн. Внутри модулей располагаются узкие коридоры, по которым космонавты перемещаются.

Элементы расчетов

Во время разработки особенно тщательно продумывалась высота орбиты МКС. Чтобы аппарат не упал на Землю и не улетел в открытый космос, ученым пришлось учитывать множество факторов для расчета траектории полета: вес самой станции, скорость движения, возможности стыковки кораблей с грузом.

Орбита станции

Международный космический корабль летает на низкой околоземной орбите. Здесь очень разряженная атмосфера, а плотность частиц необычайно мала. Правильно рассчитанная высота орбиты МКС - это главное условие для успешного полета станции. Этим предотвращается негативное влияние атмосферы Земли, особенно ее плотных слоев. Проведя различные эксперименты и сделав все необходимые аналитические расчеты, ученые пришли к выводу, что лучше всего аппарат запустить в зону термосферы. Она достаточно просторная, чтобы обеспечить безопасное существование МКС. Начинается термосфера примерно в 85 км от поверхности Земли и тянется на 800 км.

Видео по теме

Особенности расчета орбиты

В этой работе были задействованы ученые различных профилей - математики, физики, астрономы. При расчетах высоты орбиты МКС учитывались следующие факторы:

Запуск и полет

Определяя, на какой высоте орбита МКС должна быть, учитывался ее наклон и точка запуска. Самым идеальным вариантом (с экономической точки зрения) является запуск корабля с экватора по часовой стрелке. Это связано с дополнительными показателями скорости вращения планеты.

Другой выгодный вариант - запуск под наклоном, равным широте. Этот тип полета требует минимум топлива для выполнения маневров.

Выбирая космодром для запуска станции, международное сообщество остановилось на Байконуре. Он располагается на широте 46 градусов, а угол наклона орбиты станции составляет 51,66 градуса. Если бы она летала на той же широте, на которой располагается Байконур, то ступени запускаемых ракет падали бы на Китай или на территорию Монголии. Из-за этого была выбрана другая широта, которая охватывает большую часть стран, участвующих в проекте.

Масса станции

При определении орбиты важной составляющей стал вес корабля. Высота орбиты МКС и скорость движения напрямую зависят от ее массы. Но этот показатель периодически меняется из-за обновлений, дополнения новыми модулями, посещений аппаратов грузовыми кораблями. Из-за этого ученые проектировали станцию и просчитывали ее орбиту с возможностью регулировки как высоты полета, так и направления. При этом учитывались возможности поворотов и выполнение разных маневров.

Коррекция орбиты

Несколько раз в год ученые проводят корректировку орбиты. Обычно это выполняется для создания баллистических условий при стыковке грузовых кораблей. В результате стыковок изменяется масса станции, а также меняется скорость из-за возникающего трения. В результате этого центр управления полетом вынужден корректировать не только орбиту, но и скорость движения, а также высоту полета. Изменения происходят при помощи основного двигателя базового модуля. В нужный момент они включаются, и станция наращивает высоту и скорость полета.

Маневренность

При расчете высоты орбиты МКС в км от Земли учитывались возможные встречи с комическим мусором. На космических скоростях даже небольшой осколок может привести к трагедии.

На станции имеются специальные щиты для защиты, но это не уменьшило необходимость расчета такой орбиты, на которой станция будет редко встречаться с мусором. Для этого был создан коридор. Он на два километра выше траектории движения самой станции и на два ниже. С Земли ведутся постоянные наблюдения за зоной: центр управления полетами смотрит, чтобы в коридор не попал космический мусор. Чистота зоны рассчитывается заранее. Американцы постоянно следят за перемещением мусора, смотрят, чтобы он не столкнулся со станцией. При возникновении даже самой малой вероятности инцидента об этом заранее сообщается в НАСА, в управление полетами МКС. Получив данные о возможном столкновении, американцы передают их Российскому центру управления полетами. Его баллистики готовят возможный план маневра, позволяющий избежать столкновения. В нем просчитываются очень точно все действия и координаты. После составления плана повторно проверяется траектория полета и оценивается возможность столкновения. Если все расчеты выполнены правильно, то корабль изменяет курс. Корректировки скорости и высоты проводят с Земли без участия космонавтов.

Если же космические обломки будут выявлены с опозданием (за 28 часов и менее), то времени для расчетов не остается. Тогда МКС уйдет от столкновения по заранее составленному стандартному маневру выхода на новую орбиту. Если этот вариант окажется невозможным, корабль выйдет на другую «опасную» траекторию. В таких случаях все работники станции размещаются в спасательном модуле и ждут столкновения. Если его не происходит, космонавты возвращаются к своим обязанностям. Если же произойдет столкновение, спасательный корабль «Союз» отстыкуется и вернет астронавтов домой, на Землю. За всю историю МКС было зафиксировано три случая, когда команда ждала возможного инцидента, но все они закончились благоприятно.

Скорость полета

Как известно, высота орбиты МКС в км составляет около 380-440 указанных единиц, а космическая скорость полета равна 27 тысячам километров в час. С этой скоростью Землю аппарат облетает всего за полтора часа, а за сутки он успевает сделать шестнадцать кругов.

Гравитация

Это сила, которую очень трудно преодолеть. На МКС гравитация тоже действует. Она гораздо меньше, чем на поверхности Земли, и составляет 90%. Чтобы избежать падения на планету, корабль движется по касательной с огромной скоростью - восемь километров в секунду. Если посмотреть на ночное небо, то можно увидеть пролетающую мимо МКС, а через 90 минут она снова появится на небе. За эти полтора часа корабль полностью облетает вокруг планеты.

Международная космическая станция - это очень дорогой проект, в котором принимают участие многие страны мира. Его стоимость составляет более ста пятидесяти миллиардов долларов. На космическом корабле живут и работают космонавты-ученые. Они проводят самые разные опыты и исследования. Каждый человек играет важную роль на самой станции и ценен для своего государства. Чтобы уберечь людей и станцию, центры управления постоянно следят за траекторией полета, производят все необходимые расчеты орбиты и скорости движения корабля, высчитывают возможные варианты для маневров. Такие расчеты помогают быстро реагировать на появление комического мусора и прочих непредвиденных ситуаций.

Большинство космических полётов выполняется не по круговым, а по эллиптическим орбитам, высота которых меняется в зависимости от местоположения над Землёй. Высота так называемой «низкой опорной» орбиты, от которой «отталкивается» большинство космических кораблей, равна примерно 200 километрам над уровнем моря. Если быть точным, перигей такой орбиты равен 193 километрам, а апогей составляет 220 километров. Однако на опорной орбите имеется большое количество мусора, оставленного за полвека освоения космоса, поэтому современные космические корабли, включив свои двигатели, перебираются на более высокую орбиту. Так, например, Международная Космическая Станция (МКС ) в 2017 году вращалась на высоте порядка 417 километров , то есть в два раза выше опорной орбиты.

Высота орбиты большинства космиечских кораблей зависит от массы корабля, места его запуска и мощности его двигателей. У космонавтов она варьируется от 150 до 500 километров. Так, например, Юрий Гагарин летел на орбите с перигеем в 175 км и апогеем в 320 км. Второй советский космонавт Герман Титов летел на орбите с перигеем в 183 км и апогеем в 244 км. Американские «челноки» летали на орбитах высотой от 400 до 500 километров . Примерно такая же высота и у всех современных кораблей, доставляющих людей и грузы на МКС.

В отличие от пилотируемых космических кораблей, которым надо вернуть космонавтов на Землю, искусственные спутники летают на гораздо более высоких орбитах. Высота орбиты спутника, вращающегося на геостационарной орбите, может быть рассчитана, опираясь на данные о массе и диаметре Земли. В результате нехитрых физических расчетов можно выяснить, что высота геостационарной орбиты , то есть такой, при которой спутник «зависает» над одной точкой на поверхности земли, равна 35 786 километрам . Это очень большое удаление от Земли, поэтому время обмена сигналом с таким спутником может достигать 0,5 секунд, что делает его непригодным, например, для обслуживания онлайн-игр.

Сегодня 18 марта 2019 года. А вы знаете, какой сегодня праздник ?

Расскажите Какова высота орбиты полёта космонавтов и спутников друзьям в социальных сетях:

Выбор некоторых параметров орбиты Международной космической станции . К примеру, станция может находиться на высоте от 280 до 460 километров, и из-за этого она постоянно испытывает затормаживающее воздействие верхних слоёв атмосферы нашей планеты. Каждые сутки МКС теряет примерно по 5 см/с скорости и 100 метров высоты. Поэтому периодически приходится поднимать станцию, сжигая топливо грузовиков ATV и «Прогресс». Почему же нельзя поднять станцию выше, чтобы избежать этих затрат?

Заложенный при проектировании диапазон и текущее реальное положение диктуются сразу несколькими причинами. Каждый день астронавты и космонавты , и за отметкой 500 км её уровень резко повышается . А предел за полугодовое пребывание установлен всего на ползиверта, на всю карьеру отведён всего лишь зиверт. Каждый зиверт увеличивает риск онкологических заболеваний на 5,5 процента.

На Земле от космических лучей мы защищены радиационным поясом магнитосферы нашей планеты и атмосферой, но они работают слабее в ближнем космосе. В некоторых частях орбиты (Южно-атлантическая аномалия является таким пятном повышенной радиации) и за её пределами иногда могут проявляться странные эффекты : в закрытых глазах появляются вспышки. Это космические частицы проходят через глазные яблоки, другие толкования утверждают, что частицы возбуждают ответственные за зрение части мозга. Подобное может не только мешать спать, но и в лишний раз неприятно напоминает о высоком уровне радиации на МКС.

Кроме того, «Союзы» и «Прогрессы», которые сейчас являются основными кораблями смены экипажа и снабжения, сертифицированы на работу на высоте до 460 км. Чем выше находится МКС, тем меньше груза можно будет доставить. Меньше смогут принести и ракеты, которые отправляют новые модули для станции. С другой стороны, чем ниже МКС, тем сильнее она тормозится, то есть больше доставляемого груза должно быть топливом для последующей коррекции орбиты.

Научные задачи могут быть выполнены на высоте в 400-460 километров. Наконец, на положение станции влияет космический мусор - вышедшие из строя спутники и их обломки, которые имеют огромную скорость относительно МКС, что делает столкновение с ними фатальным.

В Сети есть ресурсы, позволяющие следить за параметрами орбиты Международной космической станции. Можно получить относительно точные текущие данные , либо отследить их динамику . На момент написания этого текста МКС находилась на высоте примерно в 400 километров.

Разгонять МКС могут элементы, расположенные в задней части станции: это грузовики «Прогресс» (чаще всего) и ATV, при необходимости - служебный модуль «Звезда » (крайне редко). На иллюстрации до ката работает европейский ATV. Станцию поднимают часто и понемногу: коррекция происходит примерно раз в месяц маленькими порциями порядка 900 секунд работы двигателя, у «Прогрессов» используют двигатели поменьше, чтобы не сильно влиять на ход экспериментов.

Двигатели могут включить единожды, таким образом увеличится высота полёта на другой стороне планеты. Такие операции используют для маленьких подъёмов, поскольку меняется эксцентриситет орбиты.

Также возможна коррекция с двумя включениями, при которой второе включение сглаживает орбиту станции до окружности.

Некоторые параметры диктуются не только научными данными, но и политикой. Космическому аппарату возможно придать любую ориентацию, но при запуске более экономичным будет использовать скорость, которую даёт вращение Земли. Таким образом, дешевле запускать аппарат на орбиту с наклоном, равным широте, а манёвры потребуют дополнительного расхода топлива: больше для движения к экватору, меньше при движении к полюсам. Наклон орбиты МКС в 51,6 градуса может показаться странным: аппараты НАСА, запускаемые с мыса Канаверал, традиционно имеют наклонение примерно в 28 градусов.

Когда обсуждалось местоположение будущей станции МКС, то решили, что будет более экономичным отдать предпочтение российской стороне. Также такие параметры орбиты позволяют видеть больше поверхности Земли.

Но Байконур находится на широте в приблизительно 46 градусов, почему же тогда обычным для российских запусков является наклонение в 51,6 °? Дело в том, что к востоку есть сосед, который не слишком обрадуется, если на него что-то будет падать. Поэтому орбиту наклоняют к 51,6 °, чтобы при запуске никакие части космического аппарата ни при каких обстоятельствах не могли упасть на Китай и Монголию.

Выбор некоторых параметров орбиты Международной космической станции не всегда очевиден . К примеру, станция может находиться на высоте от 280 до 460 километров, и из-за этого она постоянно испытывает затормаживающее воздействие верхних слоёв атмосферы нашей планеты. Каждые сутки МКС теряет примерно по 5 см/с скорости и 100 метров высоты. Поэтому периодически приходится поднимать станцию, сжигая топливо грузовиков ATV и «Прогресс». Почему же нельзя поднять станцию выше, чтобы избежать этих затрат?

Заложенный при проектировании диапазон и текущее реальное положение диктуются сразу несколькими причинами. Каждый день астронавты и космонавты получают высокие дозы радиации , и за отметкой 500 км её уровень резко повышается . А предел за полугодовое пребывание установлен всего на ползиверта, на всю карьеру отведён всего лишь зиверт. Каждый зиверт увеличивает риск онкологических заболеваний на 5,5 процента.