Tunnels spatiaux et fer sur la tête ou pourquoi a-t-on besoin du cosmodrome de Vostochny

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

L'autre jour, on m'a demandé de consulter l'infographie de RIA Novosti, consacrée au premier lancement depuis le cosmodrome de Vostochny. Et il y aura une simplification majeure en raison des limitations du format du matériel. En fait, nous n'avons pas besoin du cosmodrome de Vostochny car la majorité des lancements civils ont lieu depuis le cosmodrome de Baïkonour.

Mais pour expliquer pourquoi nous en avons besoin, nous devrons dire pourquoi l'orbite d'un vaisseau spatial peut être comparée à un tunnel, et aussi expliquer quel type de "fer" tombe du ciel, et sur qui il tombe.

Tunnel dans le ciel

La physique du mouvement orbital est complètement contre-intuitive. C'est plutôt le contraire de ce qu'une personne ordinaire imagine. Et même de bons films, apparemment en quête de réalisme, donnent une idée complètement fausse de la façon dont les satellites et les vaisseaux spatiaux volent. Vous vous souvenez de "Gravity", qui a volé de Hubble à l'ISS, puis à la station chinoise ? Même si nous écartons la différence de hauteurs orbitales, un paramètre du mouvement orbital tue la moindre chance de tels vols. Ce paramètre est appelé « inclinaison orbitale ».

Inclinaison de l'orbiteest l'angle entre le plan de l'orbite du satellite et le plan de l'équateur (pour un satellite terrestre)

Par exemple, pour le cas de "Gravity", l'image sera comme ceci:

Et le fait que les plans des orbites ne coïncident pas du tout n'est pas un problème. Le vrai problème est que pour une orbite circulaire basse (et Hubble, ISS, Tiangong et la masse des autres satellites sont une orbite circulaire basse), le changement d'inclinaison est très coûteux. Pour "faire pivoter" l'orbite de 45 °, nous devrons modifier notre vitesse d'environ 8 km / s, la même quantité dont nous avions besoin pour entrer en orbite. Et changer la vitesse est un gaspillage de carburant et une réinitialisation des étapes. C'est-à-dire que si une fusée d'une masse de 300 tonnes met 7 tonnes en orbite, alors après un changement d'inclinaison de 45 °, il ne restera que 150 kilogrammes. En fait, chaque orbiteur vole à l'intérieur d'un tunnel invisible dont le diamètre dépend de sa capacité à modifier sa vitesse. Par conséquent, lors du lancement des satellites, ils essaient de les amener immédiatement à l'inclinaison souhaitée.

Routes battues

Quelle inclinaison est utilisée pour les orbiteurs existants ? Il y a maintenant de nombreux satellites en orbite terrestre:

Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir qu'il y a plus de satellites sur certaines orbites. Voici une image montrant le mouvement des satellites par rapport à la Terre:

Orbite géostationnaire (vert). C'est une orbite circulaire avec une altitude de 36 000 km et une inclinaison de 0°. Le satellite qui s'y trouve est situé au-dessus d'un point de la surface de la Terre. Par conséquent, sur l'image, l'orbite géostationnaire correcte est indiquée par un point vert. Les boucles vertes sont des satellites défectueux ou en panne de carburant. L'orbite géostationnaire est sous l'influence inquiétante de la lune, et vous devez dépenser du carburant juste pour rester en place. Cette orbite est habitée par des satellites de télécommunications, qui sont rentables, il est donc déjà difficile d'y trouver des places libres.

Orbites GLONAS / GPS (bleu et rouge). Ces orbites ont une altitude d'environ 20 000 kilomètres et une inclinaison d'environ 60°. Comme leur nom l'indique, ils transportent des satellites de navigation.

Orbites polaires (Jaune). Ces orbites sont inclinées de l'ordre de 90° et l'altitude ne dépasse généralement pas 1000 km. Dans ce cas, le satellite survolera les pôles à chaque révolution et verra tout le territoire de la Terre. Une sous-espèce distincte de ces orbites sont les orbites héliosynchrones avec une altitude de 600 à 800 km et une inclinaison de 98 °, dans lesquelles les satellites survolent différentes parties de la Terre à peu près à la même heure locale. Ces orbites sont en demande pour les satellites de météorologie, de cartographie et de reconnaissance.

De plus, l'orbite de l'ISS avec une altitude de 450 km et une inclinaison de 51,6° est à noter.

Géographie sans coeur

Bon, bon, on a deviné les humeurs, dira le lecteur. Et d'où vient le cosmodrome ? Le fait est qu'il existe une loi physique si désagréable:

L'inclinaison initiale de l'orbite ne peut être inférieure à la latitude du cosmodrome

Pourquoi donc? Tout devient plus clair si l'on trace la trajectoire du satellite sur la carte de la Terre:

Si nous, à partir de Baïkonour, commençons à accélérer vers l'est, nous obtenons une orbite avec une inclinaison de la latitude de Baïkonour, 45 ° (rouge). Si nous commençons à accélérer vers le nord-est, le point le plus au nord de l'orbite sera au nord de Baïkonour, c'est-à-dire que l'inclinaison sera plus grande (jaune). Si nous essayons de tricher et de commencer à accélérer vers le sud-est, l'orbite résultante aura toujours le point le plus au nord au nord de Baïkonour et, encore une fois, une plus grande inclinaison (bleu).

Mais une telle orbite est physiquement impossible, car elle ne passe pas par le centre de masse de la Terre. Plus précisément, il est impossible de voler moteur éteint. Vous pouvez être dans une telle orbite pendant un certain temps avec le moteur en marche, mais le carburant s'épuisera très rapidement.

Ainsi, si nous voulons lancer des satellites en orbite géostationnaire et non depuis l'équateur, nous devons en quelque sorte réinitialiser l'inclinaison orbitale, ce qui consomme du carburant. Ce sont ces coûts qui expliquent pourquoi la même fusée Soyouz-2.1a lance avec succès des satellites en orbite géostationnaire depuis le cosmodrome de Kuru près de l'équateur, mais n'est pas utilisée pour ces tâches depuis Baïkonour.

La Russie est un pays nordique. Et si les satellites peuvent être lancés en toute sécurité sur les orbites polaires et GLONASS depuis Plesetsk, située à une latitude de 63 °, alors pour une orbite géostationnaire, plus le cosmodrome est situé plus au sud, mieux c'est. Et ici, le deuxième problème entre en vigueur - tous les territoires ne conviennent pas à un cosmodrome.

Marche sur kumpol

Toutes les fusées modernes, lors du lancement d'un satellite, laissent tomber des étages et des carénages de nez usés qui tombent sur la Terre. Si le site du crash se trouve dans un autre pays, vous devez négocier avec ce pays pour chaque lancement. Par conséquent, par exemple, l'inclinaison minimale du cosmodrome de Baïkonour n'est pas de 45°, mais de 51°, car sinon la deuxième étape tombera en Chine:

Et à l'endroit où est tombée la première étape, il faut négocier avec le Kazakhstan et payer pour l'utilisation de ces zones. Parfois, des problèmes surviennent et le lancement des satellites est retardé. Les zones de chute doivent être aliénées assez grandes:

Et dans la partie européenne de la Russie, il n'y a pas de bons endroits pour un cosmodrome. J'ai joué avec les cartes, dans le Caucase, vous pouvez esquiver et essayer de vous lancer depuis la région de Mozdok, mais même alors, vous devrez essayer pour que les deuxièmes étapes ne tombent pas au Kazakhstan. Si vous lancez une fusée depuis la Crimée, le premier étage tombera dans des zones peuplées près de Rostov-sur-le-Don, et le deuxième étage s'efforcera à nouveau de tomber au Kazakhstan. Et cela ne prend pas en compte les problèmes d'infrastructure dans les deux options. Dans ce contexte, vous regarderez les inclinaisons disponibles pour les ports spatiaux américains et regretterez la cruauté de la physique et de la géographie.

Mais nous avons aussi une côte est. Et, si nous y plaçons le cosmodrome, il sera alors possible de trouver des zones éloignées pour la chute des étapes passées pour les inclinaisons les plus demandées: 51, 6 ° (vers l'ISS et l'orbite géostationnaire), 64, 8 ° (GLONASS, certains satellites de détection de la Terre), 98 ° (en orbite polaire).

encore une thèse

Le cosmodrome de Vostochny nous permettra de lancer des charges utiles sur l'orbite géostationnaire et vers l'ISS sans avoir besoin de coordonner ces lancements avec d'autres pays et de les rémunérer pour l'utilisation des zones d'exclusion. Il est situé dans la partie sud du pays et offre une inclinaison orbitale initiale pas pire que Baïkonour. Il est irrationnel de construire un complexe de lancement pour le nouveau lanceur Angara à Baïkonour (encore une fois, coordination des lancements et des zones de crash), mais à partir de Vostochny, il n'en fournira pas moins de charge utile.

Petite chose sympa: le nouveau complexe de lancement avec une tour de service, comme à Kourou, permettra de lancer des charges utiles occidentales, qui devront être montées sur le lanceur en position verticale.

Un bonus, c'est aussi le développement des infrastructures, une impulsion au développement du territoire, une cité des sciences, etc.

UPD: infographie. C'est dommage, nous n'avons pas eu le temps de redessiner le placement des satellites. Encore très brièvement, nous avons essayé d'expliquer ce qui est écrit ici. À mon avis, ça s'est bien passé.