что такое космическая туманность
Самые красивые туманности в космосе
Туманности — гигантские межзвёздные облака, имеющие в своём составе газы, пыль, плазму. Облака выделяются в окружающей среде либо поглощаемостью света, либо его излучением.
Самые красивые туманности
Туманность Ориона
В созвездии Орион находится Облако Ориона. Это обширнейшая область, включающая в себя множество различного типа туманностей, крупнейшие из которых — Конская Голова и Петля Бернарда.
От Земли до этого уникального объекта 1344 световых года, а для полёта по её поперечнику свету потребуется 33 года. Это гигантское космическое облако – один из самых известных и притягательных объектов. Особенно хорошо его наблюдать в зимнее время, когда Орион проходит по северной части горизонта. С десятикратным увеличением уже можно распознать яркое вытянутое пятно. Если увеличение более сильное, пятно представляется дугой натянутого лука, более яркое в центре и тускнеющее к концам.
Конская голова.
Это тёмная туманность, именуемая ещё «Голова Лошади». Красное свечение, вызванное ионизацией водорода, служит прекрасным фоном для тёмного пятна характерной формы.
Плотные слои пыли активно поглощают свет, и от этого туманность имеет тёмные тона. Газы, вырывающиеся из туманности, летят в магнитном поле большой силы.
Данная туманность окружает рассеянное звёздное скопление и расположена в созвездие Змеи.
В 1995 году с помощью телескопа «Хаббл» были получены снимки высокого качества, позволившие детально рассмотреть интересный объект.
В нём выделяются уникальные области: «Столпы Творения», «Фея», «Орлиные Яйца».
При рассмотрении через телескоп чётко видны звёзды, заключённые в плевру туманности. Она имеет форму расправленных крыльев орла.
Туманность Андромеды.
Это ближайшая к нам большая галактика, имеющая, по сравнению с нашей, в своём составе звёзд в 3 – 5 раз больше. Андромеда больше нашей галактики в 2,6 раза, и со скоростью 300 км/сек летит прямо на нашу галактику. Примерно через 5 миллиардов лет бедный Млечный Путь и Андромеда столкнутся.
Разновидности туманностей
Спектральный анализ газовых туманностей выявляют линии всех главных элементов. Это водород, гелий, азот, кислород, аргон, сера, неон. Как и везде во всей Вселенной, превалируют два первых элемента.
Классификация туманностей производится по критериям излучения или поглощения света. Исходя из этого, они могут быть тёмными и светлыми. Тёмные туманности в космосе поглощают световые излучения источников, которые находятся за ними, и поэтому мы их видим. рассмотрим их основные виды:
Тёмные. Данный тип представляет из себя плотные облака, состоящие из пыли и газа, непрозрачной из-за поглощения ею света. Часто фоном им служат светлые туманности. Иногда такое тёмное облако можно увидеть и на фоне нашей галактики. Пример тому – туманность «Угольный Мешок». В полупрозрачных областях этих объектов просматриваются структуры, похожие на волокна. Это объясняется присутствием магнитных полей, возникающих от электрических зарядов частичек пыли. Вещество в таком случае движется вдоль магнитных линий.
Отражательные. Такие туманности подсвечиваются звёздами. Основные объекты этого типа располагаются возле плоскости Млечного Пути. Иногда они находятся выше этой плоскости, и звёзды галактики подсвечивают их. Отражательную туманность «Ангел» можно отыскать в 300 парсеках над плоскостью нашей галактики. Некоторые представители таких туманностей могут походить на кометы, имея в головной части переменную звезду. Но размеры таких образований не превышают сотых долей парсека.
Ионизированные излучением. Такие туманности получаются, если участок межзвёздного газа мощно ионизирован излучением звезды или иного источника. Чаще такими участками становятся облака ионизированного водорода. Если облако состоит из углерода, то он может быть ионизирован светом центральных звёзд. Возможно возникновение туманностей этого типа и вокруг сильного рентгеновского источника. Активные ядра галактик, да и квазары тоже могут стать такими источниками.
Планетарные. Звезда-гигант, сбрасывая свою оболочку, может образовать планетарную туманность. Формы туманностей более разнообразны: они могут иметь вытянутую, струйную, структуру или быть похожими на кольцо. Такие образования недолговечны и невелики. Яркими представителями их являются объекты «Кошачий Глаз» и «Песочные Часы».
Остатки звёзд. Очень яркие туманности получаются после взрывов сверхновых звёзд и носят имя остатков вспышек сверхновых. Они достаточно важны при формировании структуры газа межзвёздного пространства. Если же взрывается новая звезда, то создающаяся при этом туманность недолговечна и слаба, а также невелика по размерам. Известнейшая Крабовидная туманность – типичный и прекрасный представитель этого класса.
Вокруг звезды Вольфа-Райе можно наблюдать туманность, именуемую «Шлем Тора».
Что такое космическая туманность?
Космическая туманность — это область среды, которая расположена между звёздами.
Раньше в астрономии так называли неподвижные объекты. Но затем определили, что многие из них являются галактиками или звёздными скоплениями. Поэтому сейчас термин носит более узкое и точное значение.
Туманность в космосе
Как ответить на вопрос: что такое туманность? Проще сказать, что это межзвёздное пространство, или облако. Которое, между прочим, составляет значительную часть нашей Вселенной.
Из чего состоит космическая туманность
Как стало известно, такие облака по составу делятся на газ, пыль и плазму. К тому же они состоят из звёздных скоплений.
На самом деле, если рассматривать более детально, то в таких телах преобладает водород и гелий.
водород и гелий
Как образовалась туманность во Вселенной
Что интересно, формирование таких газо-пылевых облаков может происходить по разным причинам.
Различают несколько типов туманностей. В первую очередь, они отличаются природой возникновения во Вселенной. Во вторую же, характеристиками и особенностями. А они напрямую зависят от первой причины.
Планетарная туманность Глаз Бога
Собственно, само происхождение и структура туманных областей значительно отличается друг от друга. Поэтому необходимо знать какие типы туманностей существуют.
Какая туманность была обнаружена древнегреческими астрономами
Действительно, первые астрономические тела, которые со временем отнесли к туманностям, впервые были обнаружены астрономами Древней Греции. Правда, в то время их считали далёкими скоплениями звёзд.
Однако учёный Гиппарх первый отметил в своём списке несколько туманных объектов. Затем Птолемей добавил в тот каталог еще пять туманностей. А в дальнейшем Галилей при помощи своего телескопа обнаружил две (Андромеды и Ориона). Как оказалось, одни из самых известных на сегодняшний день.
Туманность Ориона
В конце концов, по мере развития астрономии и усовершенствования телескопов, учёные смогли открыть немало звёздных скоплений и туманностей. Вероятно, это и привело к тому, что их отнесли к отдельному виду объектов космоса.
Интересные факты
В астрономии туманности описаны в каталоге Мессье. Он внёс в него неподвижные объекты, которые были похожи на кометы. Таким образом в него попали и галактики, и туманности.
В астрологии под данным определением рассматривают космические объекты различной природы и происхождения. Это могут быть огромные облака межзвёздного вещества, звёздные скопления и даже другие галактики. По мнению астрологов, туманность влияет на гороскоп человека, его сознание и судьбу.
Шарль Мессье (1730 — 1817)
Туманности Вселенной, на самом деле, это интересные и удивительные её части. Как оказалось, размеры туманных облаков в космосе относительно небольшие. Более того, они располагаются далеко от Земли.
Наблюдать их возможно с помощью мощных телескопов. Очевидно, что любители-астрономы предпочитают смотреть на звёзды, ну или галактики. Хотя если постараться и найти туманность, то можно увидеть красивое и по-настоящему завораживающее зрелище.
Туманность
Туманность представляют собой огромные рассеянные межзвездные облака пыли, ионов и газа, расположенные по всей нашей галактике Млечный Путь. Это области, где рождаются звезды, а некоторые туманности даже образуются, когда звезда умирает. Изображения туманностей – одни из самых впечатляющих изображений, которые заставят вас полюбить космос и астрономию!
Что такое туманность
Несмотря на то, что глубокий космос кажется огромным темным пустым вакуумом, на самом деле он полон межзвездной пыли и газа. Подавляющее большинство из которых составляют водород и гелий (с долей пыли около 1%). Они рассеяны так тонко, что невидимы. За исключением случаев, когда они объединяются под действием силы тяжести, образуя действительно массивные облака. Однако, эти облака все еще менее плотные, чем вакуум, который мы можем создать на Земле.
Некоторые туманности могут достигать сотен световых лет в поперечнике, затмевая нашу Солнечную систему. Многие из них являются местом, где рождаются новые звезды. Другие туманности – это впечатляющие облака пыли и газа, образующиеся в результате умирания звезд.
До начала ХХ века считалось, что галактика Млечный Путь – это вся вселенная, а астрономы и ученые считали, что “спиралевидная туманность” – это просто другой тип туманности, хотя на самом деле это были целые галактики.
Образование облаком газа и пыли
Как образуется туманность, зависит от того, к какому типу туманности она относится. Некоторые образуются из небольшого количества газа, который плавает в межзвездном пространстве. Другие типы туманностей образуются умирающими звездами.
Когда крошечные количества межзвездного газа в почти космическом вакууме начинают объединяться под действием силы тяжести, они могут образовывать большое облако молекулярного газа. Если области молекулярного облака станут достаточно плотными, эти области могут разрушиться (под собственным весом), образовав новые звезды.
Туманности, которые образуются звездами, подразделяются на два типа: планетные туманности и туманность от остатков сверхновой. Планетарные туманности образуются, когда звезда сбрасывает свои внешние газовые слои. Звезда малой массы становится старше и расширяется, в то время как туманность остатков сверхновой образуется из материала, выброшенного в космос в результате взрыва сверхновой.
Типы туманностей
Существует четыре основных типа туманностей, основанных на том, как они формируются и их характеристиках.
Диффузные туманности
На самом деле большинство туманностей можно описать как диффузные, так как, подобно некоторым облакам Земли, диффузные туманности не имеют четко определенной границы. В зависимости от того, как мы можем их видеть, диффузные туманности подразделяются на два типа:
Темные туманности
Эти туманности похожи на рассеянные туманности, но вместо того, чтобы излучать или отражать свет, они блокируют его от звезд позади них. Вы видели темные пятна в Млечном Пути, где, кажется, нет звезд? Ну, эти области вызваны темными туманностями.
Туманности от остатков сверхновых
Один потрясающий тип туманности образуется в результате взрыва сверхновой, который происходит, когда умирает большая звезда. Газы и ионизированные частицы, выброшенные в космос, создают впечатляющую, часто “пузырчатую” туманность. Сверхновая, наблюдавшаяся в 1054 году, создала Крабовидную туманность, освещенную нейтронной звездой, оставшейся в ее центре.
Планетарные туманности
Это еще один впечатляющий тип туманности, который образуется, когда звезда с низкой массой стареет, а ее внешние слои расширяются и выбрасываются от звезды. Наша звезда – Солнце, однажды расширится и сформирует планетарную туманность, но это произойдет через несколько миллиардов лет! Туманность Кошачий Глаз и туманность Устрица – тому несколько впечатляющих примеров.
Типы Туманностей и их происхождение
Это уже 6 статья выложенная на Пикабу, и если вам их приятно и интересно читать, вы можете подписаться на наше сообщество, ведь именно туда статьи выходят в первую очередь
У Астрономов, которые ночами сидят смотря в свои телескопы, есть такой термин как — «Объекты глубокого космоса». В это понятие входят и Звездные скопления и дальние галактики, такие как Андромеда, но есть среди них одни, невероятно притягательные объекты, которые поражают воображение своими красотами — Туманности.
Туманность Ориона. Иллюстрация ESO
Что такое туманности?
Туманность — участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба
Туманности это облака колоссальных размеров, состоящие из газа и пыли.
При этом, еще до середины 19 века считалось что туманности это очень далекие скопления звезд и лишь английский астроном Уильям Хеггинс использовав спектроскоп увидел, что некоторые туманности газовые. Более поздние наблюдения подтвердили, что многие туманности действительно являются облаками горячего газа. Часто астрономы называют «туманностями» и темные диффузные объекты – то же облака межзвездного газа, но холодные.
Со временем выяснилось, что некоторые из них, например, туманность Ориона, состоят из межзвездного газа и пыли и принадлежат нашей Галактике. Другие, «белые» туманности, как Андромеда и Треугольник, оказались гигантскими звездными системами, галактиками.
Туманности делятся на типы — Их различает структура, состав и происхождение:
Один из самых популярных типов это Диффузные Туманности:
Диффузные туманности — Их так же часто называют светлыми туманностями. Это те туманности, которые излучают свет. Они не имеют собственного источника, но светятся благодаря звездам которые находятся внутри них. Такие туманности часто являются колыбелями для звезд. “Новорожденные” подсвечивают окружающее вещество, и получаются невероятные космические картины. Со временем большая часть звезд навсегда разлетается из своей колыбели, преодолевая огромные расстояния. В некоторых туманностях ученые даже смогли разглядеть, как образуются планетные системы, вроде нашей.
Одна из самых известных туманностей данного типа — это туманность Ориона.
Темные туманности — абсолютные противоположности Светлым Туманностям. Они настолько плотные, что межзвездная пыль поглощает весь свет, который проходит через них, из-за чего они выглядят как куски черноты на фоне звезд. Внутри них так же протекают процессы звездообразования.
Самой популярной среди Темных Туманностей считается — «Конская голова»
Планетарные туманности и Сверхновые
Так же, среди видов туманностей выделяют «Сверхновые».
Очень тяжелые звезды (например, в несколько раз тяжелее Солнца) проживают короткую и яркую жизнь, и в конце взрываются как сверхновые. При этом они разбрасывают вокруг себя часть вещества со скоростью около 10000 километров в секунду, которое и становится туманностью.
Так же, как и тяжелые звезды, их более меньшие собратья при смерти сбрасывают внешние слои образуя Планетарные туманности. Они не могут похвастаться такими масштабами, как сверхновые, и имеет очень небольшой срок жизни, так как со временем образовавшийся белый карлик остынет, и перестанет излучать энергию, что приведет к тому, что туманность станет невидима.
Диффузные и планетарные туманности имеют разное происхождение. Диффузные всегда находятся в областях звездообразования – как правило, в спиральных рукавах галактик. Обычно они связаны с крупными и холодными газопылевыми облаками, в которых формируются звезды. Яркая диффузная туманность – это кусок такого облака, разогретый родившейся поблизости горячей массивной звездой.
Планетарные же, это остаток звезды, выброшенный в открытый космос при смерти звезды. Таким образом, планетарные туманности выбрасываются их центральными звездами, тогда как диффузные туманности типа Туманности Ориона – это вещество, которое осталось неиспользованным в процессе формирования звезд.
В тему туманностей. Жду новую версию Space Engine, где добавили просто потрясающие туманности ))
За пост спасибо. Интересно. плюсанул
Они улетели и не вернутся никогда. Вояджеры
Проект «Вояджер» – один из самых масштабных и успешных космических проектов, созданных человечеством. Ученые до сих пор изучают данные, собранные в рамках миссии, а аппарат «Вояджер-1» является самым отдаленным объектом, который создал человек.
Но обо всем по порядку:
В середине 60-х годов в своей работе о гравитационных маневрах и полетах к дальним планетам один никому не известный студент-интерн указал на удачное сближение сразу четырех планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Таким событием, конечно же, заинтересовались ученые из NASA, и уже в 1969 году был готов проект по запуску 4 автономных космических аппаратов, которые смогли бы максимально близко подлететь к планетам и изучить все их разом. Но финансирование урезали – денег хватило только на 2. Аппараты отправили в космос 20 августа и 5 сентября 1977 года, назвав проект «Вояджер» (с англ. «Путешественник») буквально за несколько дней до старта.
Чего только не было на борту Вояджеров: и камеры в высоком разрешении с разным углом обзора, и спектрометры с многочисленными настройками, детекторы плазмы, космических лучей, волн всяческих… В общем, вооружили их до зубов и на все случаи жизни.
К борту каждого из аппаратов был прикреплен диск с посланием внеземным цивилизациям. На пластинке записаны приветствия на разных языках, звуки Земли, классическая музыка, изображения земных пейзажей и многое другое. До сих пор не утихают споры о целесообразности и безопасности таких посланий. Делались они с твердой верой во внеземной разум или чтобы «увековечить» себя во Вселенной – не ясно. На эту тему у меня есть отдельный пост «Золотое послание Вояджера».
В чем же значимость проекта?
Программа «Вояджер» создавалась для исследования Юпитера и Сатурна, о которых в то время было известно очень мало, а так же для исследования спутников этих планет. Но миссия не ограничилась только этим. Сбор данных начался уже через несколько дней после старта. Выйдя в открытый космос и встав на свой курс, «Вояджер-1» передал на Землю первую свою фотографию: Земля и Луна с расстояния 11 млн км.
К концу года оба аппарата вошли в Пояс астероидов и там, в бескрайней космической пустыне, «Вояджер-1» обогнал своего собрата, навсегда взяв лидер ство в этой гонке. Ученые знали, что это произойдет, из-за этого «Вояджер-2» нарекли вторым номером, несмотря на то, что запустили его первым. В январе 1979 года «Вояджер-1» стал сближаться с Юпитером. Каждый день в одно и то же время аппарат делал несколько фотографий планеты, а ученые сложили из них занимательный «кинофильм». На нем видно как дуют ветра в атмосфере, как рождаются смерчи-воронки и как крутится Большое красное пятно. На фото Юпитер с расстояния 33 млн км.
Пролетая мимо Юпитера, «Вояджер-1» сделал примерно 19 тысяч снимков гигантской планеты и ее спутников, большинство из которых были удачными и четкими. Американский физик Эдвард Стоун сказал: «У нас набралось открытий почти на десятилетие вперед, за этот короткий двухнедельный период». Уже улетая от Юпитера, аппарат сделал финальные фото одного из спутников (Ио). Фильтр постобработки удалил белое пятно около поверхности, распознав в нем бесполезный шум, а вот ученые увидели совершенно иное – облако вулканического пепла. Это открытие просто взорвало научный мир! Впервые ученые увидели извержение вулкана вне Земли.
«Вояджер-2» тоже не отставал. Вслед за своим «напарником» он продолжил изучать атмосферу Сатурна, систему его колец, а так же пролетел на бреющем полете мимо Энцелада – спутника Сатурна. На этом месте пути двух «братьев» разошлись. В 1981 году «Вояджер-2» круто поменял траекторию, направившись к Урану и Нептуну. Уже в 1986 году аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана. Кстати, для этого на Земле пришлось модернизировать принимающие антенны, ведь расстояние до аппарата стремительно увеличивалось.
До 1986 года ученые знали про Уран лишь то, что он вращается на боку, у него есть 9 колец и 5 спутников. Уже первые снимки аппарата позволили открыть еще 2 кольца, а количество известных спутников увеличилось в 3 раза. При этом кольца были значительно моложе самой планеты. Вероятнее всего, Уран разрушил часть своих спутников приливными силами.
На очереди был Нептун и пока «Вояджер-2» летел к этой далекой планете, на нашей Земле вовсю проходила подготовка для приема слабеющего с каждым днем сигнала. Ранее модернизированные антенны приходилось дорабатывать вновь, причем существенно. Для лучшего приема антенны в разных частях света (Калифорния, Испания, Автралия) связали в одну единую сеть, а их диаметр расширили.
Нептун был последней планетой, с которой должен был встретиться Вояджер-2. Было решено пройти невероятно близко рядом с планетой — всего в 5 тыс. км от его поверхности (это было менее трех минут полета при скорости аппарата). Ювелирная работа, что сказать. Все маневры были заложены в аппарат заранее, ведь сигнал от Нептуна до Земли идет больше 4 часов! За это время «Вояджер-2» преодолеет свыше 200 тысяч километров и любая команда, направленная учеными, станет бесполезной. В декабре 1989 года камеры «Вояджера-2» были отключены навсегда. Позже были произведены несколько корректировок курса. На сегодняшний день часть приборов находится в рабочем состоянии. Ученые прогнозируют, что энергии батареи хватит до 2025 года.
В это же время «Вояджер-1», закончивший свою миссию, удалялся прочь от Солнца со скоростью 17 км/с. В феврале 1990 года Вояджер делает совместное фото всех планет Солнечной системы, среди которых есть и Земля. Фото, сделанное с расстояния 6 миллиардов километров, до сих пор остается самым удаленным снимком нашей планеты. Астрофизик и популяризатор науки Карл Саган много лет просил руководство проекта сделать это фото. С его легкой руки оно получило название «Бледно-голубая точка» (Pale Blue Dot). Снимок облетел весь мир и стал философским символом хрупкости нашего мира. Мира, который мы называем домом.
Сам Карл Саган сказал про этот снимок:
«Взгляните еще раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюбленная пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребенок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая «суперзвезда», каждый «величайший лидер », каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче».
На сегодняшний день оба Вояджера удаляются прочь из Солнечной системы. Они уже пересекли гелиопаузу и вышли в межзвездное пространство. «Вояджер-1» остается самым удаленным рукотворным объектом. Расстояние до него 23 млрд километров (154 расстояния между Землей и Солнцем) и оно увеличивается каждую секунду! В 2027 году он должен удалиться от нас на один световой день. После 2030 года оба аппарата перейдут в режим радиомаяков из-за нехватки мощности, а к 2040 году умолкнут навсегда. Через 300 лет они приблизятся к внутренней границе облака Оорта, а после этого отправятся вечно странствовать по галактике Млечный путь.
Посмотреть за Вояджерами в реальном времени можно здесь.
Понравилась статья? Ставьте лайк и подписывайтесь, если еще не с нами.
Космос – это интересно!
Яркий болид над Карелией и Ленинградской областью 11 ноября 2021 года (видео)
В этом году уже было несколько пролетов ярких болидов над странами Европы и Америки, а вот на этот раз наконец-то в плане зрелищности события повезло и жителям России. Не всей, правда, но пребывавшие на территории Карелии, Санкт-Петербурга и Ленинградской области 11 ноября 2021 года получили все-таки возможность созерцать пролет необычайно яркого метеороида.
Случилось это ранним вечером примерно в 17 час и 38 минут по местному времени, а поэтому очевидцев пролета яркого огненного шара, который озарил вспышкой темное небо, было достаточно много. Пролет метеороида наблюдали жители Санкт-Петербурга, Сортавалы, Петрозаводска, Медвежьегорска, Кондопоги, Суоярви, Сегежи, а также населенных пунктов Финляндии.
Наиболее адекватные объяснения происшедшему дал один из сотрудников РАН, который, проанализировав, имеющиеся видео и фотоматериалы предположил, что это был метеороид, представлявший собой, по всей видимости, крупный космический камень с примерным диаметром до 10 метров. Сейчас трудно сказать, сгорел ли он полностью в атмосфере, вполне возможно, что его фрагменты все же достигли земной поверхности, однако место предполагаемого их падения пока что точно установить не удалось. По предварительным предположениям сотрудника РАН, им могли быть окрестности озера Сямозеро.
Учитывая то, что фрагменты упавшего космического тела пока что не обнаружены, вполне резонно считать на данный момент происшедшее пролетом болида.
Рассеянное скопление M 37
Рассеянное скопление M 37 (Объект Мессье 37 или NGC 2099) — рассеянное звёздное скопление в созвездии Возничего.
В скоплении наблюдаются 19 белых карликов, из них 11 находятся в диапазоне масс от 0,75 до 0,95 масс Солнца[2]. Один из белых карликов этого скопления имеет очень большую массу для данного типа объектов: 1,28 масс Солнца.
Оценка количества звёзд Главной последовательности NGC 2099 даёт количество 1599 звёзд. Доля красных звёзд в NGC 2099 больше, чем в NGC 6866.
В скоплении обнаружено 24 переменные звезды. Из них 9 являются переменными звёздами типа Дельты Щита (но, скорее всего, только 2 из них принадлежат М 37), 7 — затменными двойными, 1 — пекулярной переменной.
M 37 — самое яркое из трёх знаменитых рассеянных скоплений Возничего. Как и все созвездие, оно может наблюдаться с осени по весну. В искатель телескопа или полевой бинокль скопление нетрудно найти примерно в 5 градусах южнее θ Возничего (точнее, υ Aur). В телескоп средней апертуры (150—200 мм) скопление разрешается примерно на сотню бело-желтых неярких звезд, которые как рассыпанная манная крупа заполняют поле зрения окуляра. В центре скопления выделяется яркостью и цветом оранжевая двойная звезда.
Сложение 500 кадров
«Астероидный» рекорд России: Леонид Еленин открыл 14-й астероид, приближающийся к Земле
26 октября 2021 года астроном Леонид Еленин обнаружил свой уже 14-й астероид, сближающийся с Землей (АСЗ). Это рекордное количество для российских охотников за этими небесными телами. Астероид назвали 2021 UL17.
«26 октября на снимках полученных в Абастуманской астрофизической обсерватории (Абастумани, Грузия) с помощью уже легендарного 70-см менискового телескопа Максутова-Иоаннисиани, мной был обнаружен новый астероид, сближающийся с Землей (АСЗ), получивший обозначение 2021 UL17. Сооткрыватель, астроном-наблюдатель непосредственно работавший за телескопом — Рагули Инасаридзе, вот он на втором фото около своего телескопа», — сообщил российский астроном Леонид Еленин в своём Facebook-аккаунте.
Также ученый сообщил, что астероид открыт на снимках, сделанных для международной кампании баллистической поддержки космической миссии «Спектр-РГ», то есть астроном проверял положение самого космического аппарата. Но, по старой привычке, он, как всегда, проверил кадры на наличие чего-то новенького. И оно нашлось!
На первой картинке вы можете видеть сам астероид [мы поместили более крупное изображение на вторую картинку, прим. ред.]. Это изображение собрано из 20 кадров с учётом скорости и направления движения объекта.
«Так что открытие это попутное, неожиданное и, безусловно, приятное. В открытии нам очень помогли словацкие коллеги-астрономы из обсерватории KYSUCE, независимо подтвердившие этот астероид, за что им огромное спасибо!», — поблагодарил коллег учёный.
Заодно астроном уточнил, что астероид не является потенциально опасным для Земли, как написали некоторые СМИ. Но ведь для этого его надо было обнаружить и измерить его параметры — вот вам и практическая польза от вроде бы чистой науки.
Это только российский рекорд — 14 АСЗ составляет примерно треть открытых в СССР/России небесных тел этого типа. Но в мире открывается несколько подобных объектов каждые сутки. Так что, как заключил учёный: «Тут есть чему порадоваться и о чем погрустить. »
Новость №1328: Астрономы недосчитались космических лучей в центральной молекулярной зоне
Луна, 11 ноября 2021 года, 17:20
-телескоп Svbony SV503 80ED F7 Doublet Refractor OTA
-монтировка Sky-Watcher AZ-GTi
-камера ZWO ASI183MC.
Сложение 100 кадров из 2223 в Autostakkert, вейвлеты и деконволюция в AstroSurface
Место съемки: Анапа, двор.
Мой космический Instagram: star.hunter
Нашел и сфотографировал комету Леонард. C/2021 A1 (Leonard) в первой половине ноября
В ночь на 10 ноября у меня неожиданно прояснилось, поэтому я решил пронаблюдать и сфотографировать комету в телескоп. Что из этого получилось смотрите в свежем выпуске моего видеоблога «Будни звездочёта».
Что прячет Энцелад в темных водах своего океана?
Энцелад — один из 82 известных нам спутников Сатурна. Около 10 лет назад учёные NASA назвали Энцелад наиболее пригодным для жизни местом во всей Солнечной системе. Оказалось, что глубоко под поверхностью этого спутника, под его ледяной коркой, могут скрываться океанические течения, аналогичные земным.
Согласно новому анализу слоя льда, покрывающего глобальный водяной океан спутника Сатурна, можно сделать вывод, что там есть течения, очень похожие на земные. Если это действительно так, значит, океан Энцелада неоднороден.
Гейзеры на Энцеладе. Снимок сделан зондом «Кассини». (НАСА / Лаборатория реактивного движения / Институт космических наук (Space Science Institute)
Энцелад не так просто раскрывает свои секреты!
Впервые удалось получше его рассмотреть только в 1981 году, когда «Вояджер-2» пролетел мимо него, направляясь к более дальним планетам Солнечной системы. На изображениях, сделанных зондом, люди увидели небольшой шар льда. Он имеет почти белую поверхность с высокой отражающей способностью. Средний диаметр Энцелада составляет всего 500 километров. Спутник покрыт кратерами и изрезан длинными трещинами и горными хребтами, что свидетельствует о его геологической активности.
Затем, в 2010 году, нас ждал сюрприз: зонд Сатурна под названием «Кассини» обнаружил на спутнике гейзеры. Они выбрасывали водяной пар из трещин ледяной оболочки Энцелада. Это дало основания полагать, что спутник не был полностью покрыт льдом, а скрывал под поверхностью жидкий соленый океан.
Сочетание воды в жидком состоянии и трещин во льду помогло ученым понять, как устроен Энцелад. Энцелад обращается вокруг Сатурна за 32,9 часа, имея слегка вытянутую, овальную по форме орбиту. Таким образом, он то удаляется от планеты, то приближается к ней, и, соответственно, гравитационное воздействие Сатурна время от времени усиливается и ослабевает. Это напряжение и вызывает нагрев недр спутника, обеспечивая его геотермальную активность, а также создает трещины на поверхности льда или расширяет их (во время максимального удаления Энцелада от Сатурна).
Благодаря внутреннему теплу, океан остается жидким, и он может фонтанировать через трещины, после чего вода попадает на поверхность и снова замерзает. Внутреннее тепло будет порождать и вертикальные конвекционные потоки, аналогичные земным. Более теплая вода выталкивается наверх, где она остывает, и затем снова циркулирует вниз.
Однако, поскольку Энцелад все-таки значительно отличается от Земли, пока неясно, могут ли его океаны быть похожи с земными и по другим характеристикам. Например, глубина океанов Земли в среднем составляет 3,7 км, а глубина океанов Энцелада — не менее 30 километров. И при этом они еще покрыты 20-километровым слоем льда.
Хотя мы не можем увидеть, что скрывает океан, но лед оставляет нам некоторые зацепки. Мы знаем, что лед на полюсах значительно тоньше, чем на экваторе, и еще тоньше на южном полюсе, где как раз извергаются гейзеры. По мнению группы исследователей во главе с геофизиком Аной Лобо из Калифорнийского технологического института, в океане Энцелада происходит нечто более сложное, чем просто вертикальная конвекция.
Тонкий лед, вероятно, связан с более сильным таянием (спасибо, кэп!), а более толстый лед — с более сильным замерзанием.
Значит, там, где лед толще, океан более соленый, поскольку замерзает только вода, а большая часть солей возвращается обратно в воду. Это делает воду подо льдом более плотной, поэтому она опускается на дно океана.
В регионах таяния происходит обратное. Вода свежее, она менее плотная, поэтому остается наверху. На Земле это приводит к возникновению термохалинной циркуляции (ее часто называют океаническим конвейером). Вода замерзает на полюсах, а более плотная и соленая вода опускается на дно и течет по направлению к экватору, в то время как более теплые воды с экватора направляются к полюсам, где они замерзают, что приводит к опусканию более плотной холодной соленой воды и так далее.
Команда разработала компьютерную модель Энцелада, основанную на нашем понимании и представлении подобных течений. Было обнаружено, что такая циркуляция может образовывать толщину льда, которую мы как раз наблюдаем на спутнике.
До сих пор неясно, есть ли на Энцеладе жизнь. Он очень далек от Солнца, но из-за внутреннего геотермального нагрева может иметь хемосинтетические пищевые сети, аналогичные тем, которые встречаются вокруг гидротермальных источников в глубинных зонах океанов Земли. Если в океанах Энцелада прячется жизнь, открытия команды помогут нам ее найти.
Для тех, кто, как и переводчик этой статьи, впервые видит слово хемосинтетик
Автотрофные организмы, или автотрофы, способны самостоятельно создавать органические вещества из минеральных компонентов. Подобные организмы также подразделяют на 2 группы: фотосинтетики (фотоавтотрофы) и хемосинтетики (хемоавтотрофы). Фотосинтетики использут энергию световых лучей, а хемосинтетики — энергию химических связей неорганических веществ.
Мы знаем, что воды Энцелада соленые: вода, взятая «Кассини» из гейзеров, доказала это. Если команда исследователей не ошиблась, уровень соли в этих гейзерах, на самом деле, может быть ниже, поскольку они выбрасываются из области таяния. Получается, что вода на экваторе может быть более соленой.
Мы также знаем, что океанические течения на Земле играют особую роль в распределении питательных веществ. Знания об уровне солёности воды и распределении питательных веществ поможет нам выделить те районы Энцелада, которые будут наиболее пригодны для жизни (в том виде, в каком мы ее понимаем сейчас).
На момент написания статьи нет информации о специальных миссиях на Энцелад. Однако миссии Dragonfly на спутник Сатурна Титан, Europa Clipper на спутник Юпитера Европу для изучения ее ледяной, (возможно) извергающей фонтаны воды и пара поверхности, а также миссия JUpiter ICy Moon Explorer (JUICE) могут пролить свет на циркуляцию океана в этих странных ледяных мирах.
Исследование команды опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Отчет о наблюдениях: M 45 (астрофото)
Возможно кто-то замечал на небе яркое, большое образование. Его хорошо видно просто глазами и можно различить в нем близко расположенные друг к другу звезды.
Данное гравитационно связанное скопление насчитывает свыше тысячи звезд, которые произошли из одного молекулярного облака, небесные светила объединены общей структурой, составом, а также близки друг к другу по возрасту. В диаметре Плеяды имеют 12 световых лет, на этой территории одновременно располагается свыше 1000 звезд.
Находятся на расстоянии 400 световых лет от Солнца.
На фотографии можно заметить туманности вокруг скопления, особенно вокруг Меропы и вокруг Майи. Это отражательная туманность, отражающая голубой свет горячих молодых звёзд. Видимо, Плеяды просто сейчас движутся по насыщенной космической пылью области пространства.
— Доктор! Помогите! У меня завелись подписчики. Что мне делать?
— Ооо, голубчик! Медицина тут бессильна. Пилите посты, принимайте витамины, кофеин. Вы не первый, многие теперь с этим живут и ничего, привыкните. Идите, пилите.
Обещал подписчику снять и показать Сириус. @Veteraniks, лови.
Возраст системы Сириуса, по современным исследованиям, составляет примерно 230 млн лет (оценки варьируют от 200 до 300 млн. лет). Первоначально система Сириуса состояла из двух бело-голубых звёзд спектрального класса В: масса одного компонента (Сириус B) была 5 масс Солнца, второго (Сириус A) — 2 массы Солнца. Затем, около 120 млн. лет назад, более массивный Сириус B прогорел и стал красным гигантом, а затем сбросил внешнюю оболочку и перешёл в своё современное состояние белого карлика. Масса Сириуса B составляет 1,02 массы Солнца, это один из самых тяжелых известных белых карликов (масса типичных белых карликов 0,5–0,6 M).
Сложение: 200 кадров из 485
Карлу Сагану вчера бы исполнилось 87: Per Aspera Ad Astra
Вчера исполнилось 87 лет со дня рождения Карла Сагана, — американского астронома, астрофизика и выдающегося популяризатора науки, давшего толчок развитию проекта по поиску внеземного разума SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence).
«Природа жизни на Земле и поиск жизни за её пределами — две стороны одного и того же вопроса — поиска того, кто мы сами», — как-то сказал он.
Если вы не читали Сагана, то рекомендуем начать с научно-популярной книги о космосе «Голубая точка». Для любителей фантастики обязателен к прочтению «Контакт». Если хотите быстро понять, понравится ли вам — посмотрите одноименный фильм. Хотя он и 1997 г., но сделан от души, а Джоди Фостер отвлечёт ваше внимание от скромных спецэффектов того времени.
Нам попалось на глаза короткое видео на основе отрывка видеолекции Сагана 1977 г., во время которой он послал радиосигнал во Вселенную. Авторы подсчитали, куда тот радиосигнал распространился к настоящему времени. Нам показалось, что просмотром этого выступления как нельзя лучше можно почтить память выдающегося учёного. Per Aspera Ad Astra!
Как тут не вспомнить «Автостопом по Галактике» Дугласа Адамса: «Космос— велик, вы просто не представляете, насколько умопомрачительно он велик».
Туманность Пеликан IC5070 (и кусочек Северной Америки)
Туманность Пеликан расположена в созвездии Лебедя на расстоянии около 2000 св. лет от Земли. Вместе с туманностью Северная Америка (NGC7000), которая ВНЕЗАПНО торчит слева (как то я не подумал их скадрировать в один кадр вместе, ну, это на следующий год теперь задача) входят в большую и одну из ближайших к нам область звёздообразования, состоящую из ионизированного водорода.
Нейминг, как по мне, сомнитильный, не уверен насчёт пеликана, больше на птеродактиля смахивает. А то так это и вовсе Зоран из сериала про капитана Пауэра 🙂
В левый верхний угол смотреть не надо, там кома покруче, чем была у СиСи Кэпвелла, хрен победи, как этот сраный гиперстар правильно откалибровать 🙁 Надо было б кропнуть, да Северную Америку было жалко обрезать.
Телескоп: Celestron 6SE OTA
Камера: Altair Hypercam 269C PRO TEC
Монтировка: SkyWatcher EQ5 PRO Synscan GoTo
Телескоп-гид: TS-Optics Deluxe 50 mm Guiding/Finder scope
Камера-гид: ZWO AS120MC-S
Редуктор фокуса: Starizona HyperStar C6 v4
Фильтр: Optolong L-eNhance
PHD2, APT, PixInsight, Ps, Lr
64x60sec, 75x120sec, 2x30sec
Эстония, озеро (2 по Бортлю).
И в качестве бонуса бэкстейдж в формате фотошоп мэдскиллз
Новость №1326: На Земле произошла одна из крупнейших геомагнитных бурь за последние четыре года
Израильский Институт Вейцмана стал участником консорциума Гигантского Магелланова телескопа
07.11.2021 Это будет самый большой и самый мощный в мире наземный оптико-инфракрасный григорианский телескоп.
Гигантский Магелланов телескоп (иллюстрация).
Корпорация GMTO, ведущая работы по сооружению Гигантского Магелланова телескопа, приветствует присоединение Научного Института им. Вейцмана в Реховоте к своему международному консорциуму выдающихся университетов и исследовательских институтов.
Гигантский Магелланов телескоп
Новое партнерство подтверждает, что завершение строительства крупнейшего и самого мощного григорианского оптико-инфракрасного телескопа в мире является высшим приоритетом для мирового научного сообщества. Беспрецедентные возможности гигантского Магелланова телескопа в сочетании с ведущими научными знаниями и ресурсами Института Вейцмана в области астрофизики революционизируют наше понимание Вселенной и нашего места в ней.
Расположенный в израильском Реховоте научный Институт Вейцмана назван лучшим научно-исследовательским институтом в мире за пределами США и шестым среди лучших научно-исследовательских институтов мира согласно международному рейтингу.
Гигантский Магелланов телескоп
Интеграция выдающейся команды астрофизиков Центра и использование израильских инноваций позволит значительно расширить исследовательские возможности гигантского Магелланова телескопа.
Опираясь на лидер ские позиции Института в астрофизике, физике элементарных частиц и проектировании космических миссий, Институт Вейцмана в рамках своей флагманской инициативы стремится выйти на новый уровень понимания центральных вопросов фундаментальной физики, при этом внося вклад в широкий спектр практических применений полученных знаний. Гигантский Магелланов телескоп имеет решающее значение для этой инициативы.
По прогнозу консорциума, Гигантский Магелланов телескоп будет введен в эксплуатацию в конца нынешнего десятилетия.
Путь к звездам
С чего начинается космос? На Земле он начинается с ревущих гигантов, сотрясающих грохотом старт и затихающих далёким громом в небе. Унося полезную нагрузку к звездам на своих плечах, ракеты-носители являются самыми мощными и самыми сложными летательными аппаратами, созданными человеком. И одновременно – одними из самых интересных. Как согласованно и сложно выполняют они свою полётную задачу – читайте в обзоре Naked Science.
Роль космической ракеты, или ракеты-носителя – поднять полезную нагрузку с земной поверхности до орбиты. Для этого ракета поднимает груз выше атмосферы и разгоняет его до орбитальной космической скорости. Подъем и разгон происходят в общем процессе выведения полезной нагрузки на орбиту, в результате которого достигается высота около 200-300 км.
Большинство ракет-носителей стартует вертикально с поверхности Земли, постепенно их траектория всё больше наклоняется. В полете происходит отделение ступеней, из которых собрана конструкция ракеты. Последняя ступень заканчивает разгон и отделяется от полезной нагрузки, начинающей свой самостоятельный космический полет. В пуске важна не только достигнутая скорость, высота и наклонение, но и точность выполнения этих параметров.
Его величество двигатель
Ракета разгоняется силой тяги двигательной установки, включающей один или нескольких двигателей. Его величество двигатель – самая важная, сложная и дорогая часть ракеты. Он выполняет две ключевые задачи: сжигает в камере сгорания топливо, в ходе этого процесса получается очень горячий и сильно сжатый газ. И разгоняет газ своим реактивным соплом, создавая силу тяги. От того, насколько правильно решаются обе задачи, зависят эффективность двигателя и совершенство ракеты. В качестве основных двигателей ракет-носителей чаще используют жидкостные ракетные двигатели, или ЖРД.
Жидкостным он называется из-за топлива, состоящего из двух жидких веществ – горючего и окислителя, – образующих топливную пару. Они вступают в химическую реакцию горения, в которой атомы горючего отдают свои электроны принимающим их атомам окислителя и образуют молекулы газов. Для полноты сгорания горючее и окислитель нужно подать в правильном соотношении и как можно лучше перемешать. Это делают форсунки, находящиеся в форсуночной головке в начале камеры сгорания. Оба компонента подаются в них с большим давлением многих десятков и сотен атмосфер, распыляясь в очень тонкую взвесь. Часто горючее и окислитель соединяются в общей форсунке, перемешиваясь в едином плотном факеле. Воспламенение происходит уже в начале факела форсунки, распыляемого в пламя зоны горения. Большое давление камеры сгорания приводит к очень быстрому сгоранию. Химическая энергия топлива переходит в потенциальную энергию продуктов сгорания, в форме высоких температуры и давления газа.
Получившийся сжатый газ устремляется в реактивное сопло, состоящее из двух частей. Камера сгорания переходит в сужающуюся часть сопла, где дозвуковой поток газа ускоряется. В самой узкой части сопла, называемой критическим сечением, поток достигает скорости звука. Дальше он попадает в расширяющуюся часть сопла, становится сверхзвуковым и продолжает разгоняться до самого среза сопла. Давление и температура при этом все время снижаются, зато непрерывно растет скорость потока. Сопло преобразует потенциальную энергию тепла и давления газа в кинетическую энергию струи, являясь тепловой машиной по разгону газа. Истечение струи создает реактивную силу в обратном направлении; эта сила составляет основную часть тяги двигателя. Чем быстрее истечение газа из сопла, тем больше сила тяги. Вот зачем струю разгоняют до высокой скорости, на краю сопла она может быть в три раза больше скорости звука.
Топлива в камеру подается много, сгорание идет с высокими температурами около трех тысяч градусов и под большим давлением. Это делает камеру сгорания и сопло очень нагруженными в силовом и тепловом плане.
Сопло раскаляется добела. Без охлаждения стенок камеры и сопла они неминуемо прогорят, и случится пожар двигателя. Охлаждение стенок камеры и сопла организуется разными путями. В специально проточенных тонких каналах в стенках сопла и камеры текут компоненты топлива, снимая часть тепла со стенок. Кроме этого, в камере сгорания создается пристеночная жидкостно-капельная завеса из горючего. Сама камера изготавливается очень прочной, чтобы держать огромное рабочее давление. Силовая рама передаёт усилие тяги от камеры сгорания на корпус ракеты.
Чем больше топлива сгорит в двигателе, тем больше тяга. Подачу топлива в ЖРД обеспечивает его вторая важнейшая часть – турбонасосный агрегат, или ТНА. Он объединяет главные насосы горючего и окислителя, другие насосы и вращающую их газовую турбину. ТНА работает крайне напряженно. Для создания большого расхода компонентов и высокого давления за насосами турбина совершает огромную работу и имеет очень большую мощность при компактных размерах. Отдельная камера сгорания ТНА сжигает компоненты топлива и направляет полученный газ на лопатки турбины. Отработанный газ за турбиной сбрасывается за борт в двигателях открытого цикла или идет на дожигание в основную камеру сгорания двигателей закрытого цикла.
Недавно появились сверхлегкие ракеты, у которой в ЖРД нет ТНА. Насосы горючего и окислителя вращают электромоторы запасенной в аккумуляторах энергией. Это сверхлегкие ракета-носитель Electron компании Rocket Lab и ракета Rocket компании Astra. Их небольшие двигатели, которые человек может удержать в одной руке, позволяют использовать электрический привод топливных насосов. Питаются электромоторы от литий-полимерных батарей, сбрасываемых в полете по мере их разрядки.
При принципиальной простоте конструкции работа двигателя в реальности весьма сложная. Газодинамические процессы в двигателе непросты и требуют правильной организации и управления. Так же сложна разветвленная гидродинамика жидких компонентов, теплообменные дела – и прочие динамика, физика и химия. Работа двигателя может нарушаться неустойчивыми режимами. Если давление в камере сгорания случайно вырастет больше расчетного, то перепад давления из форсунок в камеру снизится, это уменьшит подачу топлива в камеру. Меньше поступит и сгорит топлива – давление в камере снизится, что увеличит перепад давления на форсунках и приведет к подаче в камеру излишка топлива. Он сгорит и создаст скачок давления в камере – и цикл колебаний давления повторится. Такие пульсации давления могут иметь частоту десятка раз в секунду и приводят к разгону этого колебательного процесса до разрушения камеры сгорания или к неустойчивому горению с падением тяги. Такова низкочастотная неустойчивость двигателя.
Высокочастотная неустойчивость возникает в виде акустических колебаний внутри камеры сгорания, образующих в ее объеме стоячие волновые конфигурации разных форм. Многократно отражаясь от стенок камеры и сливаясь, акустические колебания усиливаются до небольших ударных волн, с ростом давления и температуры во фронте волны. В местах их прилегания к стенкам камеры возникают локальные зоны высокого давления и температуры. В них могут возникать прогары и разрушения. Также высокочастотная неустойчивость способна ухудшать сгорание топлива. Борются с этим видом неустойчивости введением в камеру особых перегородок, расположением форсунок и другими мерами.
Тягой двигателя необходимо управлять. Например, при старте ракеты-носителя «Союз» тяга двигателей РД-107 растет не плавно, а ступенчато. После зажигания начинается режим предварительной ступени тяги. Между прочим, на этом этапе турбонасосный агрегат еще не запущен, насосы неподвижны, а керосин и кислород просто самотеком льются из баков в камеры сгорания, как вода из водонапорной башни. Но в камерах они уже горят вовсю, вырываясь наружу большими клубами огня и освещая низ ракеты яркой протяжной вспышкой. Если горение нормальное и устойчивое, то включается режим первой промежуточной ступени тяги. Запускается и раскручивается ТНА, расход компонентов и тяга вырастают, продолжается контроль работы двигателя. Далее следует вторая промежуточная ступень. Давление в магистралях и подача топлива усиливаются настолько, что тяга превышает вес ракеты, и она поднимается в воздух. И только через шесть секунд подъема ракеты двигатель переводится в режим главной тяги, на полную мощность. У других ракет циклограммы (точные и детальные последовательности действий) выхода двигателей на полную тягу могут различаться, но все они требуют контроля параметров работы двигателя сотни и тысячи раз в секунду. Управляют величиной тяги изменением работы турбины ТНА или клапанами подачи компонентов топлива. Управление направлением тяги производят через подвижный качающийся подвес основных или управляющих камер сгорания, разностью тяги в многокамерных двигательных установках и другими способами.
Выключение двигателя – тоже сложный процесс. Сразу закрыть главные клапаны топлива нельзя: могут возникнуть гидроудары в магистралях. Еще нужно снизить импульс последействия – остаточную тягу после прекращения подачи топлива. Ведь тяга падает до нуля не сразу и резко, а постепенно, расходуя запас давления в камере сгорания с дожиганием уже распыленного форсунками топлива. При выключении двигатель сначала переводят в пониженный режим, снизив подачу топлива и давление в камере. И лишь потом подают команду на выключение, которая прекращает подачу топлива в камеры сгорания.
Часто включение двигателей последней ступени бывает двукратным – в результате первого включения ступень с полезным грузом выходит на опорную орбиту. Позже, когда ступень дошла в нужную точку орбиты, делают второе включение двигателя, переводящее ступень на другую, целевую или переходную орбиту. Запуск двигателя в невесомости требует осаждения расплывшегося по бакам остатка топлива к заборному отверстию. Для этого включают небольшие твердотопливные двигатели – или двигатели ориентации. Они создают небольшую продольную перегрузку для смещения остатков топлива к нижнему днищу бака. Затем делают второе включение главного двигателя ступени с началом следующей фазы выведения.
Топливо – энергия для полета
Топливо к двигателю поступает через трубопроводы – главные магистрали горючего и окислителя, идущие внутри баков и двигательного отсека. Для криогенного топлива магистрали и каналы в двигателе перед стартом нужно охладить слабой подачей этих компонентов. Это называется захолаживанием двигателя. Подача рабочих объемов в неохлажденный двигатель может привести к вскипанию там криогенных компонентов и скачку давления в магистралях, что чревато остановкой подачи и обратным выбросом топлива. Еще в трубопроводах не должно возникать гидроударов и кавитации, а в заборных отверстиях в баках ставят воронкогасители. Для борьбы с вредными эффектами магистрали снабжают буферными бачками, бустерными (предварительными) насосами и другими устройствами.
Виды топлива для ракет-носителей используют разные: криогенные в виде сжиженных газов либо высококипящие, как керосин или несимметричный диметилгидразин. Распространенные топливные пары: «керосин плюс кислород» и «водород плюс кислород». Уходит в прошлое ядовитая топливная пара «азотный тетраоксид плюс несимметричный диметилгидразин», печально известный гептил. Осваивается перспективная пара «кислород плюс метан». Важнейшие показатели топлива – количество энергии, получаемое при сжигании килограмма топлива, плотность компонентов, задающая нужный объем баков, и криогенность, требующая теплозащитных мер. Важна стоимость топлива, экологичность, технологичность производства, транспортировки, хранения, инфраструктуры для заправки, и другие характеристики. Например, пара «азотный тетраоксид плюс несимметричный диметилгидразин» – самовоспламеняющаяся, загорается немедленно при контакте компонентов, и для нее не нужно воспламенительных устройств.
Топлива в ракете много – до 9/10 от ее стартовой массы. Вмещающие его баки – довольно сложные конструкции. Баки с жидкими газами требуют теплозащиты для предотвращения не только нагрева содержимого, но и наружной конденсации воздуха в жидкость: например, на поверхности баков с жидким водородом. Внутри баков есть перегородки, снижающие колебания топлива в полете. Бак должен выдерживать давление наддува для его нормальной работы и многократный вес топлива в условиях перегрузок. Еще в баках есть система термостатирования, постоянно перемешивающая криогенный компонент, и не дающая ему расслаиваться. Иначе вверху может возникнуть нагретый слой с его дальнейшим вскипанием и скачком давления в баке вплоть до его разрушения. А система барботирования продувает через массив компонента массу мелких пузырьков, перемешивающих его на тонком уровне. Есть система одновременного опорожнения баков, согласующая расход горючего и окислителя, сокращающая неиспользуемые остатки топлива. Есть система наддува, обеспечивающая нужное давление в баке и его изменение перед стартом. Системы датчиков, с информационными линиями от них. И всё выше перечисленное – далеко не полный перечень оборудования.
Для запусков в космос широко используются и твердотопливные двигатели. Они служат ускорителями на этапе работы первой ступени, создавая иногда половину или даже 4/5 взлетной тяги. Твердым топливом служит смесь минерального окислителя, обычно перхлората аммония, и алюминиевой пыли в качестве горючего. Эти измельченные компоненты склеены полимерным связующим, синтетической резиной под названием полибутадиенакрилонитрил, или бутадиен-нитрильный каучук (БНК). Он содержит много углерода и водорода, и является тоже горючим. Энергетика твердотопливных двигателей хуже жидкостных. Но они дешевле и проще в эксплуатации. При компактных размерах твердотопливные двигатели выдают большую тягу, крупнейшие из них стали самыми мощными двигателями, созданными человеком. Ракеты-носители используют твердотопливные ускорители в количестве от одного до шести, прикрепленные по бокам первой ступени с ЖРД и сбрасываемые после выгорания топлива. А иногда и сами ракеты-носители бывают полностью твердотопливными, или содержат в своем составе твердотопливные ступени.
Летающая конструкция как динамическая система
Ракета-носитель делится на ступени, обычно на две или три. Это нужно для отбрасывания опустевшей во время полета топливной тары, чтобы не тратить топливо напрасно на её разгон. Деление на ступени бывает разным – поперечным, продольным и комбинированным. Ракета «Союз», поднимающая космонавтов на орбиту, имеет пакетную схему: центральный блок окружен четырьмя боковыми блоками. На старте все работают вместе, а после выработки топлива боковые блоки отделяются. Центральный блок дальше работает в качестве второй ступени, а после выработки топлива он отделяется от третьей ступени, которая завершает вывод на орбиту.
Топливные пары ступеней могут быть одинаковыми или разными. Например, все ступени ракет «Союз» или Falcon 9 – кислородно-керосиновые, а у ракеты Delta-4 Heavy – кислородно-водородные. Напротив, у ракет Saturn-5 и Atlas V первая ступень кислородно-керосиновая, а другие – кислородно-водородные. Ступени соединены переходными отсеками, передающими усилие с нижней ступени на верхнюю. Разделение ступеней должно быть безударным, чтобы нижняя не догнала верхнюю импульсом последействия и не стукнула в нее. Первая ступень всегда самая большая и массивная. Она работает до высот 40-60 километров, пару с лишним минут полета, а после отделения разрушается в районах падения. Вторая ступень выводит полезную нагрузку на орбиту – или повторяет судьбу первой ступени, если есть третья ступень, которая и достигает космической скорости.
Во время полета конструкция ракеты испытывает самые разнообразные нагрузки. Атмосфера создает силы аэродинамического сопротивления, давящие на корпус. При углах атаки с косым обдувом ракеты возникает боковая аэродинамическая сила. Наибольшая нагрузка потоком достигается примерно через минуту полета, сразу после достижения скорости звука, на высоте восьми-девяти километров. Для снижения потерь скорости и защиты полезной нагрузки от встречного потока сверху ракеты ставят обтекатель. С выходом ракеты за атмосферу его сбрасывают. Атмосфера также помогает стабилизировать ракету: для этого на некоторых первых ступенях есть стабилизаторы – например, треугольные крылышки на «Союзе».
Состояние ускорения в технике называется перегрузкой. Величина ускорения сравнивается со средним ускорением силы тяжести на поверхности Земли, так получается числовое выражение перегрузки. Мы с вами живём в непрерывной единичной перегрузке земного тяготения.
Конструкция ракеты со всеми элементами, узлами и агрегатами находится и работает в условиях нарастающей перегрузки, защититься от которой невозможно в принципе. Вес узлов и агрегатов, вес топлива в баках увеличивается пропорционально перегрузке: при двукратной – в два раза, при трехкратной – в три раза. Вырастает и давление топлива в баках и магистралях. Это нужно учитывать, закладывая в конструкцию необходимый запас прочности. Перегрузка плавно растет до трех-четырех единиц к концу работы каждой ступени, а после ее выключения резко падает до нуля, снова вырастая сходным образом при работе следующей ступени.
Элементы ракеты должны быть прочными при наибольшей легкости. Поэтому в ракете широко используют сплавы на основе алюминия и магния, последнее время дополняемые изделиями из углеродных композитных материалов. Впрочем, применяется и сталь, и медь, и золото; и многие другие материалы. Для твердотопливных ускорителей применяются как стальные корпуса, так и композитные, выполненные намоткой прочных нитей с закреплением их полимерными составами. На современной сверхлегкой ракете Electron компании Rocket Lab используется углеродное волокно, на основе которого сделаны баки для керосина и жидкого кислорода.
Ракета представляет собой сложную динамическую систему, в которой одновременно идет огромное множество процессов, действуют разнообразные силовые и тепловые нагрузки.
Топливо меняет свою массу и положение в баке, его поверхность может косо смещаться и раскачиваться. С выработкой топлива меняется центр масс ракеты. Разные вибрации охватывают корпус, в одних местах усиливаясь, в других ослабевая, сменяя друг друга. Различные силы давят на конструкцию, создавая сжимающие, растягивающие и крутящие нагрузки. Длинный корпус работает как изгибающаяся балка – с колебаниями концов относительно друг друга и центра масс ракеты. В совокупности всех воздействий материал конструкции находится в сложном напряженном состоянии, сочетающем многообразные статические и динамические нагрузки.
Первая в мире ракета-носитель, еще только создаваемая межконтинентальная баллистическая ракета 8К71 (как баллистическая ракета она состоялась уже после запуска первого спутника на орбиту), была названа «Спутник» (8К71-ПС) после подтверждения успешного выхода на орбиту первого спутника ПС-1. «Простейший спутник 1» весил всего 83,6 кг. Второй спутник с несчастной Лайкой на борту весил уже полтонны, однако он не имел многих систем, свойственных автономным спутникам, и не отделялся от второй ступени ракеты, образуя с ней одно целое. Третий спутник Д-1, для газетных сообщений называемый «Спутник-3», должен был стать первой полноценной научной станцией в космосе; его научная и измерительная аппаратура составляла почти тонну массы, а сам спутник достигал 1327 кг. Для его запуска потребовалась существенная модернизация ракеты-носителя, с получением нового шифра 8А91.
Пуск обновленной ракеты (№Б1-2) проводился 27 апреля 1958 года. Вначале ракета и ее системы работали нормально. Но в магистрали окислителя центрального блока возникли и усилились под действием растущей полетной перегрузки продольные колебания. Это привело к колебаниям давления жидкого кислорода на входе в двигатель, и к пульсации тяги его двигателя. Из-за возникшей переменной тяги двигателя центрального блока на 88 секунде полета начались резонансные силовые колебания боковых блоков ракеты, которые стали быстро нарастать. Всего через восемь секунд, на 96 секунде полета, боковые блоки оторвались от центрального, и ракета разрушилась в воздухе. Остатки ракеты упали в пределах полигона, примерно в ста километрах от старта. Спутник сразу оторвался от ракеты и падал отдельно, что позволило ему уцелеть, лишь слегка сплющившись при ударе о земную поверхность. Так развилась и произошла первая космическая авария. Ее расследование позволило в итоге успешно запустить «Спутник-3» в виде дублера 15 мая 1958 года.
В ракете-носителе размещают огромное количество различных систем и подсистем, основных и вспомогательных, обеспечивающих выполнение множества задач и бортовых функций. Это всевозможные гидро- и пневмосистемы; разветвленная бортовая электросеть с линиями и контурами питания, распределителями и источниками электроэнергии; различные пироболты и пироклапаны с линиями управления их срабатыванием; линии связи со ступенями. Важные системы дублируются, делаются резервные линии и блоки; наиболее важные троируются.
Полет ракеты требует непрерывного управления. Его осуществляет система управления полетом. Гироскопические датчики измеряют вращение ракеты вокруг ее трех осей и вычисляют текущую ориентацию в пространстве. Акселерометры точно измеряют ускорения вдоль трех пространственных координат. Интегрирование ускорений дает текущие скорости и общую скорость ракеты (скорость центра масс), ее величину и направление. А двукратное интегрирование ускорений дает координаты положения ракеты в пространстве относительно точки старта – удаление (по прямой в пространстве) или ортодромную дальность (по поверхности Земли), высоту и боковое смещение. Так работает инерциальный блок системы управления; он может дополняться астронавигацией, радионавигацией, системой GPS и другими навигационными каналами.
Блоки системы управления постоянно сравнивают положение ракеты и ее скорость с программными значениями, заданными на этот момент полета. Когда отклонения ракеты от расчетной траектории приближаются к предельно допустимым, система управления полетом вырабатывает управляющие команды, поступающие на рабочие органы – основные или управляющие двигатели. Они на рассчитанную величину меняют режим работы или отклоняются на подвижных подвесах. Возникает корректирующее движение ракеты, возвращающее ее ближе к расчетной траектории и регулирующее ее скорость. Ракета «гуляет» вокруг расчетной траектории внутри пространственной трубки, поверхность которой образована предельными допустимыми отклонениями, и не выходит за их пределы благодаря работе системы управления полетом. Алгоритмы управления оптимизируют движение носителя, сокращая количество приближений к границам допустимых отклонений и частоту корректирующих движений.
Система управления полетом постепенно наклоняет ракету, заваливая ее в горизонт и отрабатывая программу изменения угла тангажа (тангаж – это наклон главной, продольной оси ракеты к плоскости текущего горизонта). С ростом высоты и удалением от старта скорость ракеты становится все более горизонтальной. При достижении заданной скорости система управления полетом выключает двигатель последней ступени и отделяет полезную нагрузку в свободный полет. Иногда это происходит после второго включения и перехода на другую орбиту.
Конструкции ракет-носителей и схемы полета развиваются и эволюционируют. Из стандартных схем выделяется двухступенчатая тяжелая ракета Falcon 9 американской компании SpaceХ. Ее первую ступень с девятью двигателями сделали возвращаемой и повторно используемой, на сегодня ее повторное использование достигло шести раз. На высоте 60 километров происходит разделение ступеней, при этом в первой ступени остается запас топлива для посадки. По инерции поднимаясь до 120 километров, ступень начинает управляемый спуск. В верхней части снижения работают двигатели ориентации, на атмосферном участке – решетчатые аэродинамические рули, раскрываемые в верхней части ступени. Скорость гасится несколькими включениями трех из девяти основных двигателей. В итоге управляемого спуска ступень разворачивает траекторию и приземляется на площадку возле старта или садится на посадочную баржу в океане, раскрывая три посадочные опоры перед касанием поверхности. Таким образом, повторно используют и корпус ступени, и девять из десяти двигателей – самые дорогие компоненты ракеты (десятый остается на второй ступени). Возвращаются и две половинки обтекателя для повторного использования, опускающиеся на управляемых парашютах в широкую сетку специального судна, подхватывающего их на ходу. Многоразовое использование первой ступени сегодня отрабатывают и на других ракетах, как летающих, так и проектируемых.
Такие схемы полета требуют наличия отдельных, собственных систем управления полетом для возвращаемых элементов ракеты, переходящих к управляемому полету после работы на основном участке. Первая ступень, выполняющая заданную посадку, должна обладать полноценной системой управления полетом после отделения второй ступени – как и собственным бортовым измерительным комплексом, так и блоком выработки команд, и исполнительной частью. Это же относится и к возвращаемым половинкам обтекателя, поскольку они вводят в действие средство возвращения в виде планирующих парашютов, и через управление ими приходят в заданные точки посадки. По сути, многоразовая ракета-носитель формата «Falcon-9» в процессе полета разделяется на ряд самостоятельных летательных аппаратов, осуществляющих после основной работы в пуске собственные автономные управляемые полеты с задачей посадки заданным образом в заданных точках. Это новая архитектура системы управления полетом ракеты-носителя, и сегодня она уверенно работает в практических пусках, все шире распространяясь в запускающей технике.
Информационные потоки в ракете возникают не только в системе управления полетом. На борту находится множество датчиков, измеряющих самые разные величины. Давление и температуру во всех камерах сгорания, давление в магистралях горючего и окислителя, частоты и амплитуды вибраций в разных частях ракеты, перегрузку и местные ускорения, всевозможные температуры, давления и расходы, электрические напряжения и токи, положение различных переключателей и клапанов, обороты турбины ТНА, а также сотни и тысячи других параметров. Их измерения нужны для контроля состояния ракеты и многих бортовых процессов. Пока ракета стоит на старте, данные передаются через примыкающую к ней кабель-мачту. Это кабельная телеметрия – измерение и передача данных с борта ракеты через кабели. В полете информацию передают по радиоканалам – это радиотелеметрия. Телеметрическое оборудование ракеты обладает большой пропускной способностью и высокой частотой измерений. В современных телеметрических системах датчики опрашиваются несколько тысяч раз в секунду, а число каналов (количество датчиков) достигает тоже нескольких, иногда многих, тысяч.
У ракет, запускающих в космос людей, есть система аварийного спасения, или САС. Она устанавливается над космическим кораблем и представляет собой твердотопливный двигатель с розеткой направленных назад и в стороны сопел. В случае аварийной ситуации на старте и в полете, требующей спасения экипажа, система управления полетом задействует САС, которая уводит корабль с людьми вперед и в сторону от аварийной ракеты-носителя. Если выведение проходит штатно, по плану, то САС отделяется от корабля на этапе работы второй ступени и уводится в сторону другой, маленькой розеткой сопел, чтобы не быть ненужной нагрузкой в разгоне корабля. Новые схемы космических кораблей могут использовать другую организацию САС, интегрированную с кораблем и не отделяющуюся при выведении, как это сделано у Crew Dragon от компании SpaceХ.
Ракеты-носители выводят в орбитальный полет грузы самой разной массы. Орбита орбите рознь, они могут сильно отличаться и требовать для выведения на них разной энергии и разных затрат топлива. Чем выше орбита, тем больше нужно энергии для ее достижения; также важно наклонение орбиты – для полярных орбит затраты энергии выше, потому что запуски на них проводятся поперек вращения Земли и не используют его. Для сравнения грузоподъемности ракет берут низкие опорные орбиты, высотой около 200 км, круговые, с умеренным наклонением к экватору. Ракеты-носители делятся на несколько классов грузоподъемности. Деление это достаточно условно и изменяется со временем и в разных странах, но примерная классификация по грузоподъемности следующая: сверхлегкие – 0,1– 0,3 тонны, легкие – до 1 тонны, средние – 1–20 тонн, тяжелые – 20–100 тонн, сверхтяжелые – свыше 100 тонн.