Терри Вёртс - Как стать астронавтом? Все, что вам следует знать, прежде чем вы покинете Землю

Следующее фундаментальное отличие состоит в том, что на высоких орбитах спутники движутся медленнее, чем на более низких. В отличие от самолета, где перевод дроссельной ручки в положение «вперед» заставляет вас лететь быстрее, ускорение космического корабля в первую очередь ускоряет вас, что заставляет вас подниматься, а затем замедляет вас. Нелогично, но происходит именно так. Таким же образом, если вы хотите опуститься на более низкую орбиту, вам придется увеличить скорость. Давайте посмотрим, как это происходит в действительности. Если вы хотите приблизиться к предмету, движущемуся по орбите впереди вас, сначала замедлите движение. Вы будете снижаться, больше ничего не предпринимая, и это ускорит вас, и вы начнете приближаться к своей цели. Этот принцип можно наблюдать на орбитах планет. Меркурию для полного оборота вокруг Солнца нужно 88 дней, в то время как Плутону (я сторонник старой школы, в которой меня учили, что Плутон – это планета!) требуется 248 дней, потому что Плутон находится на более высокой орбите и гораздо дальше от Солнца.

Практическое применение этого принципа можно увидеть на примере геостационарных спутников. Они находятся очень высоко – более чем на 35 000 километров от Земли, и им требуется 24 часа, чтобы совершить один оборот по орбите. Более того, если один из этих спутников имеет угол наклона 0 градусов, он будет вращаться непосредственно над экватором. Таким образом, спутник на высоте 35 000 километров останется в одном и том же положении над Землей, что удобно для спутникового телевидения. Вы сможете направить свою антенну в одну сторону, и спутник всегда будет там.

У нас была очень неожиданная, но наглядная демонстрация этого принципа во время 43 экспедиции. Моя напарница Саманта Кристофоретти ставила личный эксперимент для ее друга-физика, который исследовал поведение частиц при нулевой гравитации. Он хотел увидеть, как облака частиц взаимодействуют друг с другом в невесомости, что могло бы продемонстрировать, как сформировались планеты солнечные системы. Для этого эксперимента Саманта соорудила очень сложное устройство – прозрачный пластиковый шар, наполненный мятными конфетами и M&M, чтобы сымитировать первобытную солнечную систему. Она встряхивала шар и делала видеозапись находящихся внутри него маленьких объектов, которые отскакивали друг от друга в произвольных направлениях. Через несколько дней мы заметили, что все конфеты лежат кучкой на одной стороне шара, что не имело смысла; мы интуитивно ожидали, что они продолжат подпрыгивать, хаотично двигаясь.

Мы, не зная об этом, наблюдали демонстрацию того, что все вещи на МКС находятся на нескольких разных орбитах, хотя бы на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. А объекты, вращающиеся на разных высотах, должны двигаться с разными скоростями. Однако поскольку конфета в верхней части шара находилась на более высокой орбите, чем центр тяжести МКС, хотя бы на несколько десятков сантиметров, она должна была двигаться немного медленнее, чем остальная часть станции. Поскольку она двигалась быстрее, чем хотелось, она попыталась подняться, что заставило ее переместиться ближе к вершине шара, над центром станции. Это было совершенно неожиданно и привело в восторг весь экипаж. Я взял этот шар и провел эксперимент в разных модулях, и в каждом случае M&M отлетали от центра станции, стабилизировавшись всего через несколько минут. Это была демонстрация эффекта, известного как градиент силы тяжести, который приводит к тому, что космический корабль во время сближения естественным образом опускается ниже своей цели и также заставляет удлиненные предметы естественным образом подниматься и опускаться в невесомости, своей длинной осью указывая в сторону Земли. Это был неожиданный, но очень увлекательный урок физики, спасибо сэру Исааку Ньютону!

Как пилоту космического шаттла мне потребовалось некоторое время, чтобы освоить основные принципы, но через некоторое время они стали моей второй натурой. Во время сближения «Индевора» с МКС мне было поручено выполнить несколько небольших маневров, чтобы сжечь топливо в оставшиеся часы перед нашей стыковкой. Эти незначительные уточняющие исправления курса помогли нам подойти к станции по точной заранее заданной траектории позади нее, так что в конечном счете мы оказались прямо под МКС. В этот момент наш командир Джордж Замка взял на себя ручное управление подходом к станции: он облетел ее и подошел к передней части, затем медленно задним ходом приблизился к ней, и мы аккуратно пристыковались к передней части МКС.

Десять дней спустя у меня наконец-то появился шанс: мне было поручено управлять «Индевором» при отстыковке от станции. Поскольку МКС медленно удалялась от нашего стыковочного порта, мне приходилось постоянно надавливать на ручку управления, чтобы она не поднималась, пока мы постепенно ускорялись перед станцией. Затем, облетая вокруг нее по гигантской петле диаметром 122 метра, я время от времени прибавлял скорость, чтобы удержать нас на круговой траектории, постоянно борясь с мистером Ньютоном, который то пытался оттащить нас прочь, то ускорить или замедлить, в зависимости от того, находились мы выше или ниже МКС. Я никогда не забуду тот момент, когда мы были прямо над станцией. Мы летели над Гималаями, был яркий ясный день, и мы могли увидеть заснеженный Эверест. Внизу было море горных пиков, и это было захватывающе. Весь экипаж набился в задний отсек кабины шаттла. Прижавшись к окнам, каждый наслаждался захватывающим видом. Во время этого маневра я обхватил руками панель управления и прижался к ней, чтобы никто случайно не наткнулся на нее в поисках удачного ракурса для фотографии. К счастью, все обошлось, и у нас осталось множество воспоминаний о той короткой петле, по которой я облетел вокруг МКС.

Та же самая орбитальная механика, которая требовалась для правильного полета на сближение или на расстыковку в космосе, также была необходима для того, чтобы избежать столкновений с другими объектами на орбите. ВВС США (а теперь и Космические силы США) отслеживают десятки тысяч искусственных объектов, вращающихся вокруг Земли. Некоторые из них – большие действующие спутники. Другие – уже неиспользуемые спутники, утратившие способность маневрировать после долгих лет в суровых условиях космоса. Третьи – отработанные ракетные ускорители, дрейфующие по высокоэллиптическим орбитам после выведения космических кораблей на орбиту. Но самыми опасными предметами на орбите являются маленькие кусочки космического мусора: остатки частей ракет-носителей или облака обломков после случайных столкновений со спутниками.