> Poin lagrange

Seperti apa bentuknya dan di mana mencarinya Poin lagrange di luar angkasa: sejarah penemuan, sistem Bumi dan Bulan, 5 titik L dari sistem dua benda masif, pengaruh gravitasi.

Jujur saja: kita terjebak di Bumi. Kita harus berterima kasih kepada gravitasi karena tidak melemparkan kita ke dalamnya luar angkasa dan kita bisa berjalan di permukaan. Namun untuk membebaskan diri, Anda harus mengeluarkan energi yang sangat besar.

Namun, ada wilayah tertentu di Alam Semesta yang sistem cerdas menyeimbangkan pengaruh gravitasi. Dengan pendekatan yang tepat, hal ini dapat dimanfaatkan untuk mengembangkan ruang secara lebih produktif dan cepat.

Tempat-tempat ini disebut Poin lagrange(L-poin). Mereka mendapatkan nama mereka dari Joseph Louis Lagrange, yang mendeskripsikannya pada tahun 1772. Bahkan ia berhasil memperluas matematika Leonhard Euler. Ilmuwan dulu menemukan tiga poin seperti itu, dan Lagrange mengumumkan dua poin berikutnya.

Poin Lagrange: Apa yang sedang kita bicarakan?

Ketika Anda memiliki dua benda-benda besar(misalnya Matahari dan Bumi), maka kontak gravitasi keduanya sangat seimbang di 5 area tertentu. Di masing-masingnya Anda dapat menempatkan satelit yang akan ditahan dengan sedikit usaha.

Yang paling menonjol adalah titik Lagrange pertama L1, seimbang antara tarikan gravitasi dua benda. Misalnya, Anda bisa memasang satelit di atas permukaan Bulan. Gravitasi bumi mendorongnya ke Bulan, namun gaya satelit juga menolaknya. Jadi perangkat tidak perlu membuang banyak bahan bakar. Penting untuk dipahami bahwa titik ini berada di antara semua objek.

L2 sejajar dengan massa, tetapi pada sisi yang lain. Mengapa gabungan gravitasi tidak menarik satelit ke arah Bumi? Ini semua tentang lintasan orbit. Satelit di titik L2 akan ditempatkan di orbit yang lebih tinggi dan tertinggal di belakang Bumi, karena bergerak mengelilingi bintang lebih lambat. Namun gravitasi bumi mendorongnya dan membantu menambatkannya pada tempatnya.

L3 perlu dicari sisi yang berlawanan dari sistem. Gravitasi antar objek menjadi stabil dan perangkat bermanuver dengan mudah. Satelit seperti itu akan selalu tertutup oleh Matahari. Perlu dicatat bahwa ketiga titik yang dijelaskan tidak dianggap stabil, oleh karena itu satelit mana pun cepat atau lambat akan menyimpang. Jadi tidak ada yang bisa dilakukan di sana tanpa mesin yang berfungsi.

Ada juga L4 dan L5 yang terletak di depan dan di belakang objek bawah. Segitiga sama sisi dibuat di antara massa, salah satu sisinya adalah L4. Jika Anda membalikkannya, Anda mendapatkan L5.

Dua poin terakhir dianggap stabil. Hal ini diperkuat dengan ditemukannya asteroid di planet besar seperti Jupiter. Ini adalah Trojan yang terjebak dalam perangkap gravitasi antara gravitasi Matahari dan Jupiter.

Bagaimana cara menggunakan tempat seperti itu? Penting untuk dipahami bahwa ada banyak jenis eksplorasi ruang angkasa. Misalnya satelit sudah berada di titik Bumi-Matahari dan Bumi-Bulan.

Sun-Earth L1 adalah tempat yang bagus untuk menampung teleskop surya. Perangkat tersebut berada sedekat mungkin dengan bintang, tetapi tidak kehilangan kontak dengan planet asalnya.

Mereka berencana menempatkan teleskop James Webb masa depan di titik L2 (1,5 juta km dari kita).

Earth-Moon L1 adalah titik yang sangat baik untuk stasiun pengisian bahan bakar di bulan, yang memungkinkan Anda menghemat pengiriman bahan bakar.

Ide yang paling fantastis adalah menempatkan stasiun luar angkasa Ostrov III di L4 dan L5, karena di sana akan sangat stabil.

Mari kita tetap bersyukur pada gravitasi dan interaksi anehnya dengan objek lain. Bagaimanapun, ini memungkinkan Anda memperluas cara menjelajahi ruang angkasa.

Apa sajakah “poin-poin” ini, mengapa poin-poin tersebut menarik dalam proyek luar angkasa dan apakah ada praktik penggunaannya? Dewan editorial portal Planet Queen menjawab pertanyaan-pertanyaan ini kepada Doktor Ilmu Teknik Yuri Petrovich Ulybyshev.

Wawancara dilakukan oleh Oleg Nikolaevich Volkov, wakil kepala proyek “Awal yang Hebat”.

Volkov O.N.: Tamu portal Internet "Planet Korolev" adalah Wakil Kepala Pusat Ilmiah dan Teknis Perusahaan Roket dan Luar Angkasa Energia, Kepala Departemen Balistik Luar Angkasa, Doktor Ilmu Teknik Yuri Petrovich Ulybyshev. Yuri Petrovich, selamat siang!

.: Selamat siang.

V.: Keberadaan sistem berawak di orbit rendah Bumi bukanlah hal baru. Ini adalah hal yang umum dan familiar. Baru-baru ini, komunitas luar angkasa internasional telah menunjukkan minat pada hal lain proyek luar angkasa, di mana direncanakan untuk menempatkan kompleks luar angkasa, termasuk yang berawak di titik Lagrange. Diantaranya adalah proyek stasiun luar angkasa yang dikunjungi, proyek stasiun yang ditempatkan untuk pencarian asteroid berbahaya dan pelacakan bulan.

Apa yang dimaksud dengan poin Lagrange? Apa esensinya dari sudut pandang mekanika angkasa? Apa ceritanya penelitian teoritis tentang masalah ini? Apa hasil utama penelitian ini?

kamu.: Di tata surya kita terdapat banyak sekali pengaruh alam yang berhubungan dengan pergerakan Bumi, Bulan, dan planet-planet. Ini termasuk apa yang disebut titik Lagrange. Dalam literatur ilmiah, titik librasi bahkan sering disebut. Untuk menjelaskan esensi fisik dari fenomena ini, mari kita simak dulu sistem sederhana. Ada Bumi, dan Bulan terbang mengelilinginya dalam orbit melingkar. Tidak ada yang lain di alam. Inilah yang disebut masalah tiga benda terbatas. Dan dalam soal ini kita akan mempertimbangkan pesawat ruang angkasa dan kemungkinan pergerakannya.

Hal pertama yang terlintas dalam pikiran adalah: apa yang akan terjadi jika pesawat ruang angkasa itu berada pada garis yang menghubungkan Bumi dan Bulan. Jika kita bergerak sepanjang garis ini, maka kita mempunyai dua percepatan gravitasi: tarikan bumi, tarikan bulan, dan ditambah lagi ada tarikan bumi. percepatan sentripetal karena fakta bahwa garis ini terus berputar. Jelaslah bahwa pada suatu saat ketiga percepatan ini, karena keduanya bersifat multiarah dan terletak pada garis yang sama, dapat menjadi nol, yaitu. ini akan menjadi titik keseimbangan. Titik ini disebut titik Lagrange, atau titik librasi. Sebenarnya ada lima titik seperti itu: tiga di antaranya berada pada garis berputar yang menghubungkan Bumi dan Bulan, disebut titik librasi collinear. Yang pertama, yang telah kita diskusikan, ditunjuk L 1, yang kedua berada di belakang Bulan- L 2, dan titik segaris ketiga- L 3 terletak di sisi berlawanan Bumi dalam hubungannya dengan Bulan. Itu. pada garis ini, namun berlawanan arah. Ini adalah tiga poin pertama.

Ada dua titik lagi yang terletak di kedua sisi di luar garis ini. Mereka disebut titik librasi segitiga. Semua poin ini ditunjukkan pada gambar ini (Gbr. 1). Ini adalah gambaran yang sangat ideal.

Gambar.1.

Sekarang, jika kita menempatkan pesawat ruang angkasa di salah satu titik ini, maka dalam sistem sederhana seperti itu, pesawat itu akan selalu berada di sana. Jika kita menyimpang sedikit dari titik-titik ini, maka orbit periodik mungkin ada di sekitarnya, disebut juga orbit halo (lihat Gambar 2), dan pesawat ruang angkasa akan dapat bergerak mengelilingi titik ini dalam orbit yang aneh. Jika kita berbicara tentang poin librasi L 1, L 2 sistem Bumi - Bulan, maka periode pergerakan sepanjang orbit ini akan menjadi sekitar 12 - 14 hari, dan mereka dapat dipilih dengan cara yang sangat berbeda.

Gambar.2.

Faktanya, jika kita kembali ke kehidupan nyata dan pertimbangkan masalah ini dalam rumusan yang tepat, maka semuanya akan menjadi jauh lebih rumit. Itu. sebuah pesawat ruang angkasa tidak dapat tetap berada pada orbit tersebut untuk waktu yang sangat lama, lebih dari, katakanlah, satu periode, dan tidak dapat tetap berada di dalamnya, karena:

Pertama, orbit Bulan mengelilingi Bumi tidak berbentuk lingkaran – melainkan sedikit elips;

Selain itu, pesawat luar angkasa akan terpengaruh oleh gravitasi Matahari dan tekanan sinar matahari.

Akibatnya, pesawat luar angkasa tidak akan bisa tetap berada di orbit seperti itu. Oleh karena itu, dari sudut pandang pelaksanaan penerbangan luar angkasa pada orbit seperti itu, perlu dilakukan peluncuran pesawat ruang angkasa ke orbit halo yang sesuai dan kemudian secara berkala melakukan manuver untuk mempertahankannya.

Berdasarkan standar penerbangan antarplanet, biaya bahan bakar untuk mempertahankan orbit tersebut cukup kecil, tidak lebih dari 50 - 80 m/detik per tahun. Sebagai perbandingan, saya dapat mengatakan bahwa mempertahankan orbit satelit geostasioner per tahun juga sama dengan 50 m/detik. Di sana kami menjaga satelit geostasioner di dekat titik tetap - tugas ini jauh lebih sederhana. Di sini kita harus menjaga pesawat ruang angkasa tetap berada di sekitar orbit halo. Pada prinsipnya, tugas ini secara praktis dapat dilakukan. Selain itu, hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan mesin dengan daya dorong rendah, dan setiap manuver berukuran sepersekian meter atau satuan m/detik. Hal ini menunjukkan kemungkinan penggunaan orbit di sekitar titik-titik ini untuk penerbangan luar angkasa, termasuk penerbangan berawak.

Sekarang, dari sudut pandang, mengapa hal ini bermanfaat, dan mengapa hal ini menarik, khususnya, untuk astronotika praktis?

Jika Anda semua ingat, proyek Amerika " APOLLO ", yang menggunakan orbit bulan tempat kendaraan turun, mendarat di permukaan Bulan, setelah beberapa waktu kembali ke orbit bulan dan kemudian terbang menuju Bumi. Orbit melingkar memang menarik, tetapi tidak selalu nyaman bagi astronotika berawak. Kita mungkin menghadapi berbagai situasi darurat, dan wajar jika kita ingin mempelajari Bulan tidak hanya di sekitar area tertentu, tetapi secara umum untuk mempelajari Bulan secara keseluruhan. Akibatnya, penggunaan orbit bulan ternyata dikaitkan dengan sejumlah keterbatasan. Pembatasan diberlakukan pada tanggal peluncuran dan tanggal kembalinya dari orbit bulan. Parameter orbit bulan mungkin bergantung pada energi yang tersedia. Misalnya, wilayah kutub mungkin tidak dapat diakses. Namun mungkin argumen paling penting yang mendukung pendirian stasiun ruang angkasa di sekitar titik librasi adalah:

Pertama, kita bisa meluncurkannya dari Bumi kapan saja;

Jika stasiun berada pada titik librasi, dan para astronot harus terbang ke Bulan, mereka dapat terbang dari titik librasi, atau lebih tepatnya dari orbit halo, ke titik mana pun di permukaan Bulan;

Sekarang kru telah tiba: dari sudut pandang kosmonautika berawak, sangat penting untuk memastikan kemungkinan kembalinya kru dengan cepat jika terjadi situasi darurat, anggota kru sakit, dll. Jika kita berbicara tentang orbit bulan, kita mungkin perlu menunggu, katakanlah, 2 minggu untuk waktu peluncurannya, tetapi di sini kita dapat meluncurkannya kapan saja - dari Bulan ke stasiun di titik librasi dan kemudian ke Bumi, atau , pada prinsipnya, langsung ke Bumi. Keunggulan tersebut terlihat cukup jelas.

Pilihan yang tersedia: L1 atau L2. Ada perbedaan tertentu. Seperti yang kalian ketahui, Bulan selalu menghadap kita dengan sisi yang sama, yaitu. Periode rotasinya sendiri sama dengan periode pergerakannya mengelilingi bumi. Sebagai akibat, sisi sebaliknya Bulan tidak pernah terlihat dari Bumi. Dalam hal ini, Anda dapat memilih orbit halo yang selalu berhadapan dengan Bumi dan berkesempatan untuk melakukan komunikasi, observasi, dan beberapa eksperimen lain terkait sisi jauh Bulan. Dengan demikian, stasiun luar angkasa yang terletak di titik L1 atau L2 mungkin memiliki keuntungan tertentu untuk penerbangan luar angkasa berawak. Selain itu, menarik bahwa di antara orbit halo titik L1 atau L2 dimungkinkan untuk melakukan apa yang disebut penerbangan berenergi rendah, secara harfiah 10 m/detik, dan kita akan terbang dari satu orbit halo ke orbit halo lainnya.

V.: Yuri Petrovich, saya punya pertanyaan: titik L1 terletak di garis antara Bulan dan Bumi, dan, menurut pemahaman saya, dari sudut pandang memastikan komunikasi antara stasiun luar angkasa dan Bumi, itu adalah lebih nyaman. Anda mengatakan bahwa L2, titik yang terletak di belakang Bulan, juga menarik untuk praktik astronotika. Bagaimana cara memastikan komunikasi dengan Bumi jika stasiun terletak di titik L2?

kamu.: Stasiun mana pun, yang mengorbit di sekitar titik L1, memiliki kemungkinan komunikasi berkelanjutan dengan Bumi, orbit halo apa pun. Untuk titik L2 agak lebih rumit. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa stasiun luar angkasa ketika bergerak dalam orbit halo, ia mungkin muncul dalam kaitannya dengan Bumi, seolah-olah, dalam bayangan Bulan, dan komunikasi menjadi tidak mungkin dilakukan. Namun dimungkinkan untuk membangun orbit halo yang selalu dapat berkomunikasi dengan Bumi. Ini adalah orbit yang dipilih secara khusus.

T: Apakah mudah melakukannya?

kamu.: Ya, hal itu dapat dilakukan, dan karena tidak ada yang dapat dilakukan secara gratis, hal ini memerlukan konsumsi bahan bakar yang sedikit lebih tinggi. Katakanlah, alih-alih 50 m/detik, hasilnya menjadi 100 m/detik. Ini mungkin bukan pertanyaan yang paling kritis.

V.: Satu lagi pertanyaan klarifikasi. Anda mengatakan bahwa sangat mudah untuk terbang dari titik L1 ke titik L2, dan kembali lagi. Apakah saya memahami dengan benar bahwa tidak masuk akal untuk membuat dua stasiun di area Bulan, tetapi cukup memiliki satu stasiun yang dengan mudah berpindah ke titik lain dengan penuh semangat?

kamu.: Ya, omong-omong, mitra kami di stasiun luar angkasa internasional menawarkan salah satu opsi untuk membahas pengembangan proyek ISS berupa stasiun luar angkasa dengan kemungkinan terbang dari titik L1 ke titik L2, dan sebaliknya. Hal ini cukup layak dan dapat diperkirakan dalam hal waktu penerbangan (katakanlah, 2 minggu) dan dapat digunakan untuk astronotika berawak.

Saya juga ingin mengatakan bahwa dalam praktiknya, penerbangan di orbit halo saat ini telah dilaksanakan oleh Amerika sesuai dengan proyek tersebut ARTEMIS . Ini sekitar 2-3 tahun yang lalu. Di sana, dua pesawat ruang angkasa terbang di sekitar titik L1 dan L2 dengan mempertahankan orbit yang sesuai. Satu kendaraan terbang dari titik L2 ke titik L1. Semua teknologi ini telah diterapkan dalam praktik. Tentu saja, saya ingin kita melakukannya.

V.: Ya, kita masih memiliki segalanya di depan. Yuri Petrovich, pertanyaan selanjutnya. Seperti yang saya pahami dari alasan Anda, apa pun sistem ruang angkasa, terdiri dari dua planet, memiliki titik Lagrange, atau titik librasi. Ada titik-titik seperti itu pada sistem Matahari-Bumi, dan apa daya tarik titik-titik tersebut?

kamu.: Ya, tentu saja, benar sekali. Ada juga titik librasi dalam sistem Bumi-Matahari. Ada juga lima di antaranya. Berbeda dengan titik librasi cislunar, penerbangan pada titik tersebut dapat menarik untuk tugas yang sangat berbeda. Secara khusus, poin L1 dan L2 adalah yang paling menarik. Itu. titik L1 searah Bumi ke Matahari, dan titik L2 berlawanan arah pada garis yang menghubungkan Bumi dan Matahari.

Jadi, penerbangan pertama menuju titik L1 di sistem Matahari-Bumi dilakukan pada tahun 1978. Sejak itu, beberapa misi luar angkasa telah dilakukan. Tema utama dari proyek-proyek tersebut terkait dengan pengamatan Matahari: angin matahari, aktivitas matahari, dan lain-lain. Ada sistem yang menggunakan peringatan tentang beberapa proses aktif di Matahari yang mempengaruhi Bumi: iklim kita, kesejahteraan manusia, dll. Inilah yang dimaksud dengan poin L1. Hal ini terutama menarik bagi umat manusia karena kemungkinan mengamati Matahari, aktivitasnya, dan proses yang terjadi di Matahari.

Sekarang titik L2. Poin L2 juga menarik, terutama bagi ahli astrofisika. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pesawat ruang angkasa yang terletak di sekitar titik ini dapat menggunakan, misalnya teleskop radio, yang akan terlindung dari radiasi Matahari. Arahnya akan berlawanan dengan Bumi dan Matahari dan memungkinkan pengamatan astrofisika yang lebih murni. Mereka tidak menimbulkan kebisingan dari Matahari atau radiasi apa pun yang dipantulkan dari Bumi. Dan itu juga menarik, karena... kita bergerak mengelilingi matahari, dalam 365 hari kita melakukannya putaran penuh, lalu dengan teleskop radio seperti itu Anda dapat melihat segala arah alam semesta. Ada juga proyek serupa. Saat ini di Institut Fisika kami Akademi Rusia Ilmu pengetahuan sedang mengembangkan proyek semacam itu “Millimetron”. Pada titik ini juga, sejumlah misi telah dilaksanakan, dan pesawat ruang angkasa sedang terbang.

Q: Yuri Petrovich, dari sudut pandang pencarian asteroid berbahaya yang dapat mengancam Bumi, di titik manakah pesawat ruang angkasa harus ditempatkan agar dapat memantau asteroid berbahaya?

kamu.: Sebenarnya, menurut saya tidak ada jawaban langsung dan jelas untuk pertanyaan ini. Mengapa? Karena asteroid yang bergerak dalam kaitannya dengan tata surya tampaknya dikelompokkan ke dalam beberapa keluarga, mereka memiliki orbit yang sangat berbeda dan, menurut pendapat saya, perangkat untuk satu jenis asteroid dapat ditempatkan pada titik sirkumlunar. Anda juga dapat melihat apa saja yang berkaitan dengan titik librasi sistem Matahari-Bumi. Namun bagi saya tampaknya sulit untuk memberikan jawaban yang jelas dan langsung: “hal ini dan itu dalam sistem ini dan itu.” Namun, pada prinsipnya, titik librasi bisa menjadi daya tarik untuk melindungi Bumi.

V.: Saya paham benar, tata surya masih banyak lagi tempat menarik, tidak hanya Bumi - Bulan, Bumi - Matahari. Tempat menarik apa lagi di tata surya yang bisa digunakan dalam proyek luar angkasa?

kamu.: Faktanya adalah bahwa di tata surya dalam bentuk keberadaannya, selain efek yang terkait dengan titik librasi, ada sejumlah efek yang terkait dengan gerak timbal balik benda-benda di tata surya: Bumi, Bumi, planet, dll. d. Sayangnya, di sini, di Rusia, saya tidak mengetahui penelitian apa pun mengenai topik ini, tetapi, pertama-tama, orang Amerika dan Eropa telah menemukan bahwa ada apa yang disebut penerbangan berenergi rendah di tata surya (selain itu, penelitian ini cukup rumit. dalam matematika dalam hal operasi, dan dalam hal komputasi - mereka memerlukan superkomputer komputasi yang besar).

Di sini, misalnya, kita kembali ke titik L1 sistem Bumi-Bulan. Sehubungan dengan hal ini, adalah mungkin untuk membangun (ini menarik bagi kendaraan otomatis) penerbangan di seluruh tata surya, memberikan impuls kecil, menurut standar penerbangan antarplanet, sekitar beberapa ratus m/detik. Dan kemudian pesawat luar angkasa ini akan mulai bergerak perlahan. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk membuat lintasan sedemikian rupa sehingga melewati sejumlah planet.

Berbeda dengan penerbangan antarplanet langsung, proses ini membutuhkan waktu yang lama. Oleh karena itu, sangat tidak cocok untuk penerbangan luar angkasa berawak. Dan untuk perangkat otomatis ini bisa sangat menarik.

Di sini, di gambar (Gbr. 3) ilustrasi penerbangan ini ditampilkan. Lintasannya sepertinya saling terkait satu sama lain. Transisi dari orbit halo dari L1 ke L2. Dia st HAI sedikit saja sudah cukup. Di sana sama saja. Kami sepertinya meluncur di sepanjang terowongan ini, dan pada titik pertunangan atau dekat dengan terowongan lain, kami melakukan manuver kecil dan terbang, pergi ke planet lain. Secara umum, arah yang sangat menarik. Ini disebut " Jalan raya super “(setidaknya itulah istilah yang digunakan orang Amerika).

Gambar.3.
(mengambil dari publikasi asing)

Implementasi praktisnya sebagian dilakukan oleh Amerika sebagai bagian dari proyek ASAL . Sekarang mereka juga bekerja ke arah ini. Bagi saya, ini adalah salah satu bidang yang paling menjanjikan dalam pengembangan astronotika. Karena bagaimanapun juga, dengan mesin-mesin tersebut, “propulsor” yang kita miliki saat ini, maksud saya mesin berkekuatan tinggi dan mesin jet listrik (yang masih memiliki daya dorong yang sangat kecil dan membutuhkan banyak energi), kita akan membuat kemajuan dalam hal pengembangan tenaga surya. sistem atau studi lebih lanjut sangat sulit. Namun masalah penerbangan jangka panjang atau bahkan sepuluh tahun bisa sangat menarik untuk diteliti. Sama seperti Voyager. Dia sudah terbang sejak 1978 atau 1982, menurut saya ( sejak 1977 - red.), kini telah melampaui tata surya. Arah ini sangat sulit. Pertama, sulit dalam istilah matematika. Selain itu, di sini analisis dan perhitungan mekanisme penerbangan memerlukan sumber daya komputer yang tinggi, yaitu Diragukan untuk menghitung ini di komputer pribadi; Anda perlu menggunakan superkomputer.

T: Yuri Petrovich, dapatkah sistem transisi energi rendah digunakan untuk mengatur patroli surya luar angkasa - sistem permanen untuk memantau tata surya dengan keterbatasan bahan bakar yang kita miliki?

kamu.: Bahkan antara Bumi dan Bulan, dan juga, misalnya, antara Bumi dan Mars, Bumi dan Venus, terdapat apa yang disebut lintasan kuasi-periodik. Sama seperti kita menganalisis orbit halo, yang dalam masalah idealnya ada tanpa gangguan, namun ketika kita menerapkan gangguan nyata, kita terpaksa menyesuaikan orbitnya dengan cara tertentu. Orbit kuasi-periodik ini juga memerlukan orbit yang kecil, menurut standar penerbangan antarplanet, ketika kecepatan karakteristiknya ratusan m/detik. Dari sudut pandang patroli ruang angkasa untuk mengamati asteroid, hal ini mungkin menarik. Satu-satunya kelemahannya adalah pesawat tersebut kurang cocok untuk penerbangan luar angkasa berawak saat ini karena durasi penerbangannya yang lama. Dan dari sudut pandang energi, dan bahkan dengan mesin yang kita miliki sekarang di abad ini, kita dapat membuat proyek yang cukup menarik.

T: Apakah saya memahaminya dengan benar, Anda menganggap titik librasi sistem Bumi-Bulan adalah untuk objek berawak, dan poin yang Anda bicarakan sebelumnya adalah untuk mesin otomatis?

kamu.: Saya juga ingin menambahkan satu poin, stasiun luar angkasa di L1 atau L2 dapat digunakan untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa kecil (orang Amerika menyebut pendekatan ini “ Gerbang " - "Jembatan ke Alam Semesta"). Perangkat ini dapat, dengan menggunakan penerbangan berenergi rendah, secara berkala bergerak mengelilingi Bumi pada jarak yang sangat jauh, atau terbang ke planet lain atau bahkan terbang mengelilingi beberapa planet.

V.: Jika Anda bermimpi sedikit, maka di masa depan Bulan akan menjadi sumber bahan bakar luar angkasa, dan bahan bakar bulan akan mengalir ke titik librasi sistem Bumi-Bulan, kemudian Anda dapat mengisi bahan bakar pesawat luar angkasa dengan bahan bakar luar angkasa dan mengirim luar angkasa patroli di seluruh tata surya.

Yuri Petrovich, Anda berbicara tentang fenomena menarik. Mereka diperiksa oleh pihak Amerika ( NASA), dan di negara kita mereka mengerjakan proyek ini?

kamu.: Sejauh yang saya tahu, mereka mungkin tidak terlibat dalam proyek yang berkaitan dengan titik librasi sistem Bumi-Bulan. Mereka sedang mengerjakan proyek yang berkaitan dengan titik librasi sistem Matahari-Bumi. Kami memiliki pengalaman luas dalam bidang ini; Institut Matematika Terapan dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia yang dinamai Keldysh, Institut Penelitian Luar Angkasa, dan beberapa universitas di Rusia mencoba mengatasi masalah serupa. Namun pendekatan yang sistematis seperti itu merupakan program yang besar, karena program tersebut harus dimulai dengan pelatihan personel, dan personel dengan sangat baik sangat berkualitas, TIDAK. Dalam kursus tradisional tentang balistik luar angkasa dan mekanika angkasa, mekanisme pergerakan pesawat ruang angkasa di sekitar titik librasi dan penerbangan berenergi rendah praktis tidak ada.

Saya harus menunjukkan hal itu pada waktunya Uni Soviet Mereka kurang lebih terlibat aktif dalam program serupa, dan spesialisnya, seperti telah saya sebutkan, di Institut Matematika Terapan, IKI, dan Institut Fisika Lebedev. Sekarang banyak dari mereka berada pada usia ini... Dan sejumlah besar anak muda yang akan menghadapi masalah-masalah ini sangat lemah terlihat.

Saya tidak menyebut orang Amerika dalam arti memuji mereka. Faktanya adalah bahwa di AS terdapat banyak sekali departemen yang menangani permasalahan ini. Pertama-tama, di laboratorium JPL NASA sebuah tim besar sedang bekerja, dan mereka mungkin telah melaksanakan sebagian besar proyek luar angkasa antarplanet Amerika. Di banyak universitas Amerika, di pusat-pusat lain, di NASA , ada banyak sekali spesialis terlatih dengan peralatan komputer yang bagus. Mereka menangani masalah ini, ke arah ini, dalam skala yang sangat luas.

Sayangnya, di negara kita, hal itu entah bagaimana terpuruk. Jika program semacam itu muncul di Rusia dan menarik perhatian secara umum, maka akan memakan waktu yang cukup lama untuk meluncurkan program ini. waktu yang lama, mulai dari pelatihan personel dan diakhiri dengan penelitian, perhitungan, dan pengembangan pesawat ruang angkasa yang sesuai.

T: Yuri Petrovich, universitas mana yang melatih spesialis mekanika angkasa di negara kita?

kamu.: Setahu saya, di Universitas Negeri Moskow, di Universitas St. Petersburg terdapat jurusan mekanika angkasa. Ada spesialis seperti itu di sana. Berapa jumlahnya, saya sulit menjawabnya.

V.: Karena untuk mulai menerapkan sisi praktis dari masalah ini, Anda harus terlebih dahulu menjadi seorang spesialis yang mendalam, dan untuk itu Anda harus memiliki spesialisasi yang sesuai.

kamu.: Dan memiliki latar belakang matematika yang sangat baik.

V.: Oke. Dapatkah Anda memberikan daftar referensi yang dapat membantu orang-orang yang saat ini tidak memiliki pelatihan matematika khusus?

kamu.: Dalam bahasa Rusia, sejauh yang saya tahu, ada satu monografi karya Markeev yang didedikasikan untuk titik perpustakaan. Jika ingatan saya benar, ini disebut “Titik Librasi dalam Mekanika Langit dan Kosmodinamika.” Itu keluar sekitar tahun 1978. Ada buku referensi yang diedit oleh Duboshin “Handbook of Celestial Mechanics and Astrodynamics”. Itu melewati 2 edisi. Seingat saya, di dalamnya juga terdapat pertanyaan-pertanyaan seperti itu. Selebihnya bisa dilihat, pertama di website Institut Matematika Terapan disana perpustakaan elektronik dan pracetaknya (artikel yang diterbitkan secara terpisah) di bidang ini. Mereka mencetak secara bebas di Internet. Dengan menggunakan mesin pencari Anda dapat menemukan pracetak yang relevan dan melihatnya. Ada banyak materi yang tersedia di Internet dalam bahasa Inggris.

V.: Terima kasih atas cerita yang menarik. Saya harap topik ini menarik bagi pengguna sumber daya Internet kami. Terima kasih banyak!

Ketika Joseph Louis Lagrange sedang mengerjakan dua masalah tubuh yang masif (masalah terbatas tiga mayat), ia menemukan bahwa dalam sistem seperti itu terdapat 5 titik yang memiliki sifat sebagai berikut: jika di dalamnya terdapat benda-benda yang massanya dapat diabaikan (relatif terhadap benda-benda masif), maka benda-benda tersebut tidak akan bergerak relatif terhadap kedua benda besar tersebut. Poin penting: benda masif harus berputar mengelilingi pusat massa yang sama, tetapi jika benda tersebut diam saja, maka keseluruhan teori ini tidak berlaku di sini, sekarang Anda akan mengerti alasannya.

Contoh yang paling sukses, tentu saja, adalah Matahari dan Bumi, dan kita akan membahasnya. Tiga titik pertama L1, L2, L3 terletak pada garis yang menghubungkan pusat massa Bumi dan Matahari.

Titik L1 terletak di antara benda-benda (lebih dekat ke Bumi). Mengapa itu ada di sana? Bayangkan di antara Bumi dan Matahari ada asteroid kecil yang berputar mengelilingi Matahari. Biasanya, benda-benda di dalam orbit Bumi memiliki frekuensi rotasi yang lebih tinggi daripada Bumi (tetapi belum tentu). Jadi, jika asteroid kita memiliki frekuensi rotasi yang lebih tinggi, maka dari waktu ke waktu ia akan terbang melewati planet kita dan melambat gravitasinya akan turun, dan pada akhirnya frekuensi orbit asteroid akan sama dengan frekuensi bumi. Jika frekuensi rotasi Bumi lebih tinggi, maka ia, yang terbang melewati asteroid dari waktu ke waktu, akan menariknya dan mempercepatnya, dan hasilnya sama: frekuensi rotasi Bumi dan asteroid akan sama. Namun hal tersebut hanya mungkin terjadi jika orbit asteroid melewati titik L1.

Titik L2 terletak di belakang Bumi. Tampaknya asteroid khayalan kita pada saat ini tertarik ke Bumi dan Matahari, karena keduanya berada di sisi yang sama, tetapi tidak. Jangan lupa bahwa sistemnya berputar, sehingga gaya sentrifugal yang bekerja pada asteroid disamakan dengan gaya gravitasi Bumi dan Matahari. Benda-benda di luar orbit Bumi umumnya memiliki frekuensi orbit yang lebih rendah dibandingkan Bumi (sekali lagi, tidak selalu). Jadi intinya sama: orbit asteroid melewati L2 dan Bumi, yang terbang melewatinya dari waktu ke waktu, menarik asteroid bersamanya, yang pada akhirnya menyamakan frekuensi orbitnya dengan frekuensinya sendiri.

Titik L3 terletak di belakang Matahari. Ingatkah Anda bahwa penulis fiksi ilmiah dulu mempunyai gagasan bahwa di sisi lain Matahari ada planet lain, seperti Counter-Earth? Jadi, titik L3 hampir sampai, tetapi agak jauh dari Matahari, dan tidak persis berada di orbit Bumi, karena pusat massa sistem Matahari-Bumi tidak berimpit dengan pusat massa Matahari. Dengan frekuensi revolusi asteroid di titik L3, semuanya jelas, harusnya sama dengan Bumi; jika lebih kecil maka asteroid akan jatuh ke Matahari, jika lebih besar maka akan terbang menjauh. Omong-omong, titik tertentu yang paling tidak stabil, ia bergoyang karena pengaruh planet lain, terutama Venus.

L4 dan L5 terletak pada orbit yang sedikit lebih besar dari Bumi, dan sebagai berikut: bayangkan bahwa dari pusat massa sistem Matahari-Bumi kita mengarahkan sinar ke Bumi dan sinar lainnya, sehingga sudutnya antara balok-balok ini adalah 60 derajat. Dan di kedua arah, yaitu berlawanan arah jarum jam dan searah jarum jam. Jadi, pada satu balok tersebut terdapat L4, dan pada balok lainnya terdapat L5. L4 akan berada di depan Bumi sesuai arah pergerakannya, yaitu seolah-olah melarikan diri dari Bumi, dan L5, karenanya, akan mengejar Bumi. Jarak dari titik mana pun ke Bumi dan Matahari adalah sama. Sekarang, mengingat hukum gravitasi universal, kita perhatikan bahwa gaya tarik menarik sebanding dengan massa, yang berarti bahwa asteroid kita di L4 atau L5 akan tertarik ke Bumi berkali-kali lebih lemah karena Bumi lebih ringan dari Matahari. Jika kita membangun vektor-vektor gaya-gaya ini secara geometris murni, maka resultan gaya-gaya tersebut akan diarahkan tepat ke barycenter (pusat massa sistem Matahari-Bumi). Matahari dan Bumi berputar mengelilingi barycenter dengan frekuensi yang sama, dan asteroid di L4 dan L5 juga akan berputar dengan frekuensi yang sama. L4 disebut orang Yunani dan L5 disebut Trojan setelah Trojan asteroid Jupiter (selengkapnya di Wiki).

Apakah ada eksperimen yang dilakukan untuk menempatkan pesawat ruang angkasa di titik Lagrange sistem Bumi-Bulan?

Terlepas dari kenyataan bahwa tentang apa yang disebut titik librasi yang ada di ruang angkasa dan mereka properti yang luar biasa umat manusia telah mengetahuinya sejak lama; mereka mulai digunakan untuk tujuan praktis hanya pada tahun ke-22 era luar angkasa. Namun pertama-tama, mari kita bahas secara singkat tentang poin keajaiban itu sendiri.

Mereka pertama kali secara teoritis ditemukan oleh Lagrange (yang namanya sekarang mereka pakai), sebagai konsekuensi dari pemecahan apa yang disebut masalah tiga benda. Ilmuwan mampu menentukan di mana di ruang angkasa terdapat titik-titik yang menghasilkan resultan semua kekuatan eksternal menjadi nol.

Poin dibagi menjadi stabil dan tidak stabil. Yang stabil biasanya diberi nama L 4 dan L 5 . Mereka berada di bidang yang sama dengan dua yang utama benda langit(dalam hal ini - Bumi dan Bulan), membentuk keduanya segitiga sama sisi, yang sering disebut segitiga. Pesawat ruang angkasa dapat tetap berada di titik segitiga selama yang diinginkan. Bahkan jika dia menyimpang ke samping, kekuatan aktif akan tetap mengembalikannya ke posisi setimbang. Pesawat luar angkasa itu sepertinya jatuh ke dalam corong gravitasi, seperti bola bilyar yang masuk ke dalam saku.

Namun, seperti yang kami katakan, ada juga titik librasi yang tidak stabil. Di dalamnya, pesawat ruang angkasa, sebaliknya, terletak seolah-olah di atas gunung, hanya stabil di puncaknya. Pengaruh eksternal apa pun mengalihkannya ke samping. Mencapai titik Lagrange yang tidak stabil sangatlah sulit - memerlukan navigasi yang sangat presisi. Oleh karena itu, perangkat tersebut harus bergerak hanya mendekati titik itu sendiri dalam apa yang disebut “orbit halo”, dari waktu ke waktu menghabiskan bahan bakar untuk mempertahankannya, meskipun sangat sedikit.

Ada tiga titik tidak stabil dalam sistem Bumi-Bulan. Seringkali mereka juga disebut bujursangkar, karena letaknya pada garis yang sama. Salah satunya (L 1) terletak di antara Bumi dan Bulan, 58 ribu km dari Bulan. Yang kedua (L 2) letaknya sedemikian rupa sehingga tidak pernah terlihat dari Bumi - ia bersembunyi di balik Bulan, 65 ribu km darinya. Sebaliknya, titik terakhir (L 3) tidak pernah terlihat dari Bulan karena terhalang oleh Bumi yang jaraknya kurang lebih 380 ribu km.

Meski lebih menguntungkan berada di titik stabil (tidak perlu mengonsumsi bahan bakar), pesawat ruang angkasa sejauh ini hanya mengenal titik tidak stabil, atau lebih tepatnya, hanya salah satunya, itupun terkait dengan sistem Matahari-Bumi. . Terletak di dalam sistem ini, 1,5 juta km dari planet kita dan, seperti titik antara Bumi dan Bulan, diberi nama L 1. Jika dilihat dari Bumi, ia diproyeksikan langsung ke Matahari dan dapat menjadi titik ideal untuk melacaknya.

Peluang ini pertama kali dimanfaatkan oleh ISEE-3 Amerika yang diluncurkan pada 12 Agustus 1978. Dari November 1978 hingga Juni 1982, ia berada dalam "orbit halo" di sekitar titik Li, mempelajari karakteristik angin matahari. Di akhir periode ini, dialah, namun sudah berganti nama menjadi ICE, yang menjadi penjelajah komet pertama dalam sejarah. Untuk melakukan ini, perangkat tersebut meninggalkan titik librasi dan, setelah melakukan beberapa manuver gravitasi di dekat Bulan, pada tahun 1985 perangkat tersebut terbang di dekat komet Giacobini-Zinner. Tahun berikutnya, dia juga menjelajahi komet Halley, meski hanya dalam jarak yang sangat dekat.

Pengunjung berikutnya ke titik L 1 sistem Matahari-Bumi adalah observatorium surya Eropa SOHO, yang diluncurkan pada tanggal 2 Desember 1995 dan, sayangnya, baru-baru ini hilang karena kesalahan kontrol. Selama bekerja, dia menerima beberapa hal penting informasi ilmiah dan banyak penemuan menarik yang dibuat.

Terakhir, peralatan terbaru yang diluncurkan hingga saat ini di sekitar L 1 adalah peralatan ACE Amerika, yang dirancang untuk mempelajari sinar kosmik dan angin bintang. Ia diluncurkan dari Bumi pada 25 Agustus tahun lalu dan saat ini berhasil melakukan penelitiannya.

Apa selanjutnya? Apakah ada proyek baru terkait titik librasi? Tentu saja mereka memang ada. Dengan demikian, di AS, usulan Wakil Presiden A. Gore diterima untuk peluncuran baru ke arah titik L 1 sistem Matahari-Bumi dari peralatan ilmiah dan pendidikan "Triana", yang sudah dijuluki "Kamera Gore" .

Berbeda dengan pendahulunya, ia tidak akan memantau Matahari, melainkan Bumi. Planet kita dari titik ini selalu terlihat dalam fase penuh dan oleh karena itu sangat nyaman untuk diamati. Gambar yang diterima oleh Kamera Gora diharapkan akan diunggah ke Internet hampir secara real time, dan akses ke gambar tersebut akan terbuka untuk semua orang.

Ada juga proyek “librasi” Rusia. Ini adalah perangkat Relikt-2 yang dirancang untuk mengumpulkan informasi tentang radiasi latar gelombang mikro kosmik. Jika pendanaan ditemukan untuk proyek ini, maka titik librasi L 2 di sistem Bumi-Bulan sudah menunggu, yaitu yang tersembunyi di balik Bulan.

Apa pun tujuan yang Anda tetapkan untuk diri sendiri, apa pun misi yang Anda rencanakan, salah satu hambatan terbesar dalam perjalanan Anda ke luar angkasa adalah bahan bakar. Jelasnya, sejumlah tertentu diperlukan untuk meninggalkan Bumi. Semakin banyak muatan yang perlu dikeluarkan dari atmosfer, semakin banyak pula bahan bakar yang dibutuhkan. Namun karena itu, roket menjadi lebih berat, dan semuanya berubah menjadi lingkaran setan. Inilah yang mencegah kita mengirim beberapa stasiun antarplanet ke alamat berbeda dalam satu roket - tidak ada cukup ruang untuk bahan bakar. Namun, pada tahun 80-an abad lalu, para ilmuwan menemukan celah - cara untuk melakukan perjalanan melintasinya tata surya, hampir tidak menggunakan bahan bakar. Ini disebut Jaringan Transportasi Antarplanet.

Metode penerbangan luar angkasa saat ini

Saat ini, pergerakan antar objek di tata surya, misalnya perjalanan dari Bumi ke Mars, biasanya memerlukan apa yang disebut penerbangan elips Hohmann. Kendaraan peluncuran diluncurkan dan kemudian dipercepat hingga melampaui orbit Mars. Di dekat planet merah, roket melambat dan mulai berputar mengelilingi tujuannya. Ini membakar banyak bahan bakar baik untuk akselerasi dan pengereman, tetapi elips Hohmann tetap menjadi salah satu yang paling banyak digunakan cara yang efektif bergerak antara dua benda dalam ruang.

Hohmann Ellipse - Arc I - penerbangan dari Bumi ke Venus. Arc II - penerbangan dari Venus ke Mars Arc III - kembali dari Mars ke Bumi.

Manuver gravitasi juga digunakan, yang mungkin lebih efektif. Dengan melakukannya, pesawat ruang angkasa dipercepat menggunakan gaya gravitasi benda langit yang besar. Peningkatan kecepatannya sangat signifikan nyaris tanpa menggunakan bahan bakar. Kami menggunakan manuver ini setiap kali kami mengirim stasiun kami dalam perjalanan jauh dari Bumi. Namun, jika kapal mengejarnya manuver gravitasi perlu memasuki orbit suatu planet, ia masih harus melambat. Anda tentu ingat bahwa ini membutuhkan bahan bakar.

Inilah sebabnya mengapa pada akhir abad yang lalu, beberapa ilmuwan memutuskan untuk melakukan pendekatan terhadap masalah ini dari sisi lain. Mereka memperlakukan gravitasi bukan sebagai pengumban, tetapi sebagai lanskap geografis, dan merumuskan gagasan tentang jaringan transportasi antarplanet. Titik masuk dan keluarnya adalah titik Lagrange - lima wilayah dekat benda langit tempat gaya gravitasi dan rotasi menjadi seimbang. Mereka ada dalam sistem apa pun di mana satu benda berputar mengelilingi benda lain, dan tanpa berpura-pura orisinalitas, mereka diberi nomor dari L1 hingga L5.

Jika kita menempatkan pesawat ruang angkasa di titik Lagrange, pesawat itu akan tergantung di sana tanpa batas waktu karena gravitasi tidak menariknya ke satu arah lebih banyak daripada ke arah lain. Namun, secara kiasan, tidak semua poin ini diciptakan sama. Beberapa di antaranya stabil - jika Anda bergerak sedikit ke samping saat berada di dalam, gravitasi akan mengembalikan Anda ke tempatnya - seperti bola di dasar lembah pegunungan. Titik Lagrange lainnya tidak stabil - jika Anda bergerak sedikit, Anda akan mulai terbawa dari sana. Benda-benda yang terletak di sini seperti bola di atas bukit - ia akan tetap di sana jika ditempatkan dengan baik atau dipegang di sana, tetapi angin sepoi-sepoi saja sudah cukup untuk menambah kecepatan dan menggelinding ke bawah.

Bukit dan lembah lanskap kosmik

Pesawat luar angkasa yang terbang mengelilingi tata surya memperhitungkan semua “bukit” dan “lembah” ini selama penerbangan dan selama tahap perencanaan rute. Namun, jaringan transportasi antarplanet memaksa mereka bekerja demi kepentingan masyarakat. Seperti yang telah Anda ketahui, setiap orbit stabil memiliki lima titik Lagrange. Ini adalah sistem Bumi-Bulan, dan sistem Matahari-Bumi, dan sistem semua satelit Saturnus dengan Saturnus itu sendiri... Anda dapat melanjutkan sendiri, lagipula, di tata surya banyak hal yang berputar di sekitar sesuatu.

Titik Lagrange ada dimana-mana, meskipun mereka terus-menerus mengubah lokasi spesifiknya di ruang angkasa. Mereka selalu mengikuti orbit objek yang lebih kecil dalam sistem rotasinya, dan ini menciptakan lanskap bukit dan lembah gravitasi yang selalu berubah. Dengan kata lain, distribusi gaya gravitasi di tata surya berubah seiring waktu. Kadang-kadang gaya tarik-menarik dalam koordinat spasial tertentu diarahkan ke Matahari, pada titik waktu lain - ke suatu planet, dan titik Lagrange juga melewatinya, dan di tempat ini keseimbangan terjadi ketika tidak ada yang menarik siapa pun ke mana pun.

Metafora bukit dan lembah membantu kita memvisualisasikan ide abstrak ini dengan lebih baik, jadi kita akan menggunakannya beberapa kali lagi. Kadang-kadang di luar angkasa terjadi satu bukit lewat di samping bukit lain atau lembah lain. Bahkan mungkin saling tumpang tindih. Dan saat ini, perjalanan luar angkasa menjadi sangat efektif. Misalnya, jika bukit gravitasi Anda tumpang tindih dengan sebuah lembah, Anda dapat "berguling" ke dalamnya. Jika bukit Anda tumpang tindih dengan bukit lainnya, Anda dapat melompat dari puncak ke puncak.

Bagaimana cara menggunakan Jaringan Transportasi Antarplanet?

Ketika titik-titik Lagrange dari orbit yang berbeda bergerak mendekat satu sama lain, hampir tidak diperlukan usaha untuk berpindah dari satu titik ke titik lainnya. Artinya, jika Anda tidak terburu-buru dan siap menunggu pendekatan mereka, Anda dapat melompat dari orbit ke orbit, misalnya, sepanjang rute Bumi-Mars-Jupiter dan seterusnya, hampir tanpa membuang bahan bakar. Sangat mudah untuk memahami bahwa ini adalah gagasan yang digunakan oleh Jaringan Transportasi Antarplanet. Jaringan titik Lagrange yang terus berubah seperti jalan berkelok-kelok, memungkinkan Anda berpindah antar orbit dengan konsumsi bahan bakar minimal.

Dalam komunitas ilmiah, pergerakan titik-ke-titik ini disebut lintasan transisi berbiaya rendah, dan telah digunakan beberapa kali dalam praktik. Salah satu yang paling banyak contoh terkenal adalah upaya putus asa namun berhasil untuk menyelamatkan stasiun bulan Jepang pada tahun 1991, ketika pesawat ruang angkasa memiliki terlalu sedikit bahan bakar untuk menyelesaikan misinya dengan cara tradisional. Sayangnya, kita tidak dapat menggunakan teknik ini secara teratur, karena kesejajaran titik Lagrange yang baik diperkirakan akan terjadi selama beberapa dekade, abad, dan bahkan lebih lama lagi.

Namun, jika waktu tidak terburu-buru, kita dapat dengan mudah mengirim wahana ke luar angkasa, yang akan dengan tenang menunggu kombinasi yang diperlukan, dan mengumpulkan informasi sepanjang waktu. Setelah menunggu, ia akan melompat ke orbit lain dan melakukan observasi saat sudah berada di dalamnya. Wahana ini akan mampu melakukan perjalanan ke seluruh tata surya dalam waktu yang tidak terbatas, mencatat segala sesuatu yang terjadi di sekitarnya dan menambah pengetahuan ilmiah peradaban manusia. Jelas bahwa ini akan berbeda secara mendasar dari cara kita menjelajahi luar angkasa saat ini, namun metode ini tampak menjanjikan, termasuk untuk misi jangka panjang di masa depan.