Техника - молодёжи 1962-04, страница 40

Примерные траектории тел, брошенных из центральной части спутника в плоскости его орбиты по разным направлениям.

занной со спутником. В нашем примере это удаление составит 3,85 км. Время же движения от момента отталкивания до возвращения к спутнику будет около 45 мин.

Если направление отталкивания не совпадает ни с одним из рассмотренных направлений, то движение будет складываться из двух описанных движений. Траектория полета будет иметь форму эллипса, в одной из точек которого находится спутник — точнее, центр тяжести системы «спутник — человек».

МОЖЕТ ЛИ КАКОЕ-ЛИБО ТЕЛО «УДРАТЬ»

СО СПУТНИКА?

Предыдущие рассуждения касались тех случаев, когда космонавт или иное тело отталкивается с определенной скоростью в соответствующем направлении от спутника Земли. Естественно, что при этом оно сначала удаляется от спутника, а потом, как было сказано выше, возвращается к нему. Однако могут быть такие случаи, когда тело, находящееся вблизи спутника, без всякого толчка или иной затраты энергии самопроизвольно уходит в космос. Это действительно страшные случаи, потому что удалившиеся таким образом тела уже никогда не возвращаются обратно. Если космонавт сам прыгнул в космос со спутника, то космос, так сказать, его не хочет принять и, немного помедлив, возвращает обратно. Но если создались условия, при которых космонавт, выражаясь образно, взят космосом как пассивное тело, то есть без отталкивания, то он уже обратно на свой корабль вернуться самопроизвольно не может.

Рассмотрим этот случай подробнее.

Представим себе спутник Земли, имеющий вытянутую по вертикали (по отношению к Земле) форму или несущий надстройки, выступающие как в сторону Земли, так и в противоположном направлении.

Допустим, что космонавт выполняет какую-либо работу на одном из концов этих надстроек. Космонавту необходимо при этом держаться за надстройку. Если он не будет этого делать, то немедленно станет удаляться от спутника. Это происходит в силу того, что скорость движения человека при отрыве от надстройки, выступающей в сторону от Земли, будет равна скорости движения центра тяжести спутника, необходимой просто для того, чтобы спутник вращался по орбите. В то же время скорость выступающей вверх надстройки будет больше, а надстройки, выступающей вниз, — меньше. Опасность этого возникнет даже тогда, когда человек и не отталкивается. Правда, скорость его будет невелика. Движение будет происходить по кривой, напоминающей эпициклоиду. Такую кривую описывает точка, находящаяся на ободе колеса, катящегося с некоторым дополнительным скольжением по внешней стороне обода колеса большего диаметра. В нашем случае точкой является центр тяжести человека, а большим колесом — орбита спутника,

вращающегося вокруг Земли. Диаметр малого колеса превосходит в 3 раза расстояние между точкой отрыва тела от спутника и центром тяжести спутника. За время одного оборота спутника вокруг Земли осуществится один цикл эпициклоиды, и тело уйдет от спутника на расстояние, в 14 раз превосходящее расстояние между точкой отрыва и центром тяжести спутника.

Если отрыв произошел от верхней точки спутника, то тело, двигаясь по растянутой эпициклоиде, будет отставать от спутника. Если же отрыв осуществился снизу, то тело, двигаясь по растянутой гипоциклоиде, то есть по кривой, которую описывает точка малого колеса, катящегося со скольжением по внутренней стороне обода большего колеса, будет обгонять спутник.

При условии, что точка отрыва лежит в плоскости орбиты, растянутая эпициклоида, или гипоциклоида, по которой движется оторвавшееся тело, будет тоже лежать в этой плоскости. В более сложных случаях плоскость гипоциклоиды (эпициклоиды) будет более или менее сильно наклонена к плоскости орбиты.

Если принять для примера, что точка отрыва отстоит от центра тяжести спутника на расстоянии, равном 10 м, то вышина одной волны гипоциклоиды (эпициклоиды) составит 30 м и ширина — около 140 м. За один оборот спутника вокруг Земли оторвавшееся от спутника тело уйдет от него на расстояние, равное 140 м.

Впрочем, не будем здесь затруднять внимание читателя разными сложными деталями. Важнее другое. Из всего сказанного ясно, что тела движутся вблизи искусственного спутника какой-либо планеты совершенно иначе, чем сами спутники вокруг планет.

Все, что было рассмотрено выше, относится к тем видам движения, которые возможны в пространстве, окружающем спутник. Не подлежит сомнению и то, что также и внутри спутника движение будет происходить по аналогичным законам.

Общеизвестно, что внутри спутника, движущегося по орбите, на тела не действует обычная сила тяжести. Отсюда не вытекает, однако, что тела, свободно висящие в воздухе в состоянии невесомости, внутри спутника будут оставаться абсолютно неподвижными. Абсолютной неподвижностью будет обладать только такое тело, центр тяжести которого точно совпадает с центром тяжести спутника. Все другие тела будут двигаться самопроизвольно.

Между прочим, интересно, что летчик-космонавт, чтобы проснуться вовремя, не обязательно должен прибегать к помощи обычного будильника. Внутри спутника, движущегося по орбите, будильником может быть и обыкновенный блокнот.

Представим себе, что космонавт сидит в кресле лицом в сторону движения и поместил перед собою, на уровне немного выше центра тяжести спутника, свой блокнот. Находясь над центром тяжести спутника на соответствующей высоте, блокнот будет двигаться по растянутой циклоиде в сторону космонавта. При этом он пройдет, согласно расчету, путь, превосходящий в 14 раз расстояние от блокнота до центра тяжести спутника, вращающегося вокруг Земли. Таким образом, подбирая соответствующее значение, можно достигнуть того, что блокнот коснется космонавта в нужное время.

Мы с вами лишь затронули некоторые стороны громадного нового мира сложных движений, с которыми встретится человек в космосе. Перед учеными и космонавтами стоит сложная задача — полностью изучить необозримое количество космических путей, вплоть до микротрасс внутри спутников и кораблей вселенной.

Взгляните на рисунок на цветной вкладке! Он схематически изображает космические траектории спутника и космонавта относительно Земли.

1. Орбита спутника Земли.

2. Траектории движения космонавтов, оттолкнувшихся от центральной части спутника.

3. Траектории движения космонавтов, покинувших спутник без отталкивания из мест, удаленных от центра спутника.

4. Траектории движения космонавтов, покинувших спутник из мест, удаленных от центра спутника, с ускорением при отталкивании.

36