> 라그랑주 포인트

어떻게 생겼는지, 어디를 봐야 할지 라그랑주 포인트우주에서: 발견의 역사, 지구와 달 시스템, 두 개의 거대한 몸체로 구성된 시스템의 5 L 포인트, 중력의 영향.

솔직히 말해서 우리는 지구에 갇혀 있습니다. 우리를 던지지 않은 중력에 감사해야 해요 대기권 밖그리고 우리는 표면 위를 걸을 수 있습니다. 하지만 자유로워지기 위해서는 엄청난 양의 에너지를 가해야 합니다.

그러나 우주에는 특정 지역이 있습니다. 스마트 시스템중력 영향의 균형을 맞췄습니다. 올바른 접근 방식을 사용하면 공간을 보다 생산적이고 빠르게 개발하는 데 사용할 수 있습니다.

이런 곳들이 불린다. 라그랑주 포인트(L-포인트). 그들은 1772년에 그것을 묘사한 Joseph Louis Lagrange로부터 이름을 얻었습니다. 실제로 그는 레온하르트 오일러의 수학을 확장하는 데 성공했습니다. 과학자 우선그러한 세 가지 점을 발견했고 Lagrange는 다음 두 가지를 발표했습니다.

라그랑주 포인트: 무슨 말을 하는 걸까요?

둘이 있을 때 거대한 물체(예를 들어 태양과 지구), 중력 접촉은 특정 5개 영역에서 현저하게 균형을 이룹니다. 각각에는 최소한의 노력으로 제자리에 고정될 위성을 배치할 수 있습니다.

가장 주목할만한 점은 두 물체의 중력 인력 사이에서 균형을 이루는 첫 번째 라그랑주 점 L1입니다. 예를 들어, 달 표면 위에 위성을 설치할 수 있습니다. 지구의 중력은 달을 밀어내지만 위성의 힘도 저항합니다. 따라서 장치는 많은 연료를 낭비할 필요가 없습니다. 이 지점은 모든 객체 사이에 있다는 것을 이해하는 것이 중요합니다.

L2는 질량과 일치하지만 반대편에 있습니다. 결합된 중력이 위성을 지구 쪽으로 끌어당기지 못하는 이유는 무엇입니까? 그것은 궤도 궤도에 관한 것입니다. L2 지점의 위성은 더 높은 궤도에 위치하게 되며 별 주위를 더 천천히 움직이기 때문에 지구보다 뒤처지게 됩니다. 그러나 지구의 중력은 그것을 밀어서 제자리에 고정시키는 데 도움을 줍니다.

L3을 검색해야 합니다. 반대편시스템에서. 물체 사이의 중력이 안정되고 장치가 쉽게 조작됩니다. 그러한 위성은 항상 태양에 의해 가려질 것입니다. 설명된 세 가지 지점은 안정적인 것으로 간주되지 않으므로 조만간 모든 위성이 벗어날 것이라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 따라서 엔진이 작동하지 않으면 할 수 있는 일이 없습니다.

하부 물체의 앞과 뒤에도 L4와 L5가 있습니다. 질량 사이에 정삼각형이 생성되며 그 변 중 하나는 L4입니다. 거꾸로 뒤집으면 L5가 됩니다.

마지막 두 점은 안정적인 것으로 간주됩니다. 이것은 목성과 같은 큰 행성에서 발견된 소행성에 의해 확인됩니다. 이들은 태양의 중력과 목성 사이의 중력 함정에 걸린 트로이 목마입니다.

그런 장소를 어떻게 이용하나요? 우주 탐사에는 다양한 유형이 있다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 예를 들어 위성은 이미 지구-태양 및 지구-달 지점에 위치합니다.

Sun-Earth L1은 태양 망원경을 호스팅하기에 좋은 장소입니다. 장치는 별에 최대한 가까이 접근했지만 고향 행성과의 접촉을 잃지 않았습니다.

그들은 미래의 James Webb 망원경을 L2 지점(우리로부터 150만km)에 배치할 계획입니다.

Earth-Moon L1은 달 연료 보급소의 탁월한 지점으로, 연료 공급 비용을 절약할 수 있습니다.

가장 환상적인 아이디어는 Ostrov III 우주 정거장을 L4와 L5에 배치하는 것입니다. 왜냐하면 L4와 L5에서는 절대적으로 안정적이기 때문입니다.

중력과 다른 물체와의 이상한 상호 작용에 감사합시다. 결국, 이를 통해 우주 탐험 방법을 확장할 수 있습니다.

이러한 "포인트"는 무엇이며 우주 프로젝트에서 왜 매력적이며 이를 사용하는 관행이 있습니까? Planet Queen 포털의 편집위원회는 기술 과학 박사 Yuri Petrovich Ulybyshev에게 이러한 질문을 해결했습니다.

인터뷰는 "Great Beginning" 프로젝트의 부국장인 Oleg Nikolaevich Volkov가 진행합니다.

Volkov O.N.: 인터넷 포털 "Planet Korolev"의 게스트는 Energia Rocket and Space Corporation의 과학 기술 센터 부국장, 우주 탄도학 부서장, 기술 과학 박사 Yuri Petrovich Ulybyshev입니다. 유리 페트로비치님, 안녕하세요!

.: 좋은 오후에요.

V.: 지구 저궤도에 유인 시스템이 존재한다는 것은 새로운 것이 아닙니다. 이것은 흔하고 친숙한 일이다. 최근 국제 우주 커뮤니티는 다른 분야에도 관심을 보이고 있습니다. 우주 프로젝트, 소위 라그랑주 지점에 유인 공간을 포함한 우주 단지를 배치할 계획입니다. 그중에는 방문한 우주 정거장 프로젝트, 검색을 위해 배치된 정거장 프로젝트가 있습니다. 위험한 소행성그리고 달 추적.

라그랑주 포인트란 무엇입니까? 천체 역학의 관점에서 그 본질은 무엇입니까? 무슨 이야기야? 이론적 연구이 문제에 대해? 연구의 주요 결과는 무엇입니까?

유.: 우리 태양계에는 지구, 달, 행성의 움직임과 관련된 수많은 자연 효과가 있습니다. 여기에는 소위 라그랑주 포인트가 포함됩니다. 과학 문헌에서는 종종 해방점이라고도 합니다. 이 현상의 물리적 본질을 설명하기 위해 먼저 생각해 보겠습니다. 단식. 지구가 있고 달은 원형 궤도를 그리며 그 주위를 날아갑니다. 자연에는 다른 것이 없습니다. 이것이 소위 제한된 삼체 문제이다. 그리고 이 문제에서 우리는 우주선과 우주선의 가능한 움직임을 고려할 것입니다.

가장 먼저 떠오르는 것은 우주선이 지구와 달을 연결하는 선에 위치하면 어떻게 될까요? 이 선을 따라 이동하면 두 가지 중력 가속도가 있습니다. 지구의 인력, 달의 인력, 그리고 구심 가속도이 선은 끊임없이 회전하고 있기 때문입니다. 이 세 가지 가속도는 다방향이고 동일한 선상에 있기 때문에 어느 시점에서는 모두 0이 될 수 있다는 것이 분명합니다. 이것이 균형점이 될 것입니다. 이 점을 라그랑주점(Lagrange point) 또는 해방점(libration point)이라고 합니다. 실제로 그러한 지점은 5개가 있습니다. 그 중 3개는 지구와 달을 연결하는 회전선에 있으며, 이를 동일선상 해방점이라고 합니다. 우리가 논의한 첫 번째 것은 다음과 같습니다.엘 1, 두 번째는 달 뒤에 있다- 엘 2, 세 번째 동일선상 점- 엘 3은 달을 기준으로 지구 반대편에 위치해 있다. 저것들. 이 선에 있지만 반대 방향입니다. 이것이 처음 세 가지 포인트입니다.

이 선 바깥쪽 양쪽에 두 개의 점이 더 있습니다. 이를 삼각형 해방점이라고 합니다. 이 모든 점은 이 그림에 나와 있습니다(그림 1). 너무나 이상화된 사진이네요.

그림 1.

이제 이러한 지점 중 하나에 우주선을 배치하면 이러한 간단한 시스템의 틀 내에서 우주선은 항상 그곳에 남아 있게 됩니다. 이 지점에서 조금 벗어나면 근처에 주기적인 궤도가 존재할 수 있으며 이를 후광 궤도라고도 하며(그림 2 참조) 우주선은 이러한 독특한 궤도에서 이 지점을 중심으로 이동할 수 있습니다. 해방점에 대해 이야기하면엘 1, 엘 2 시스템 지구-달, 이 궤도를 따라 이동하는 기간은 약 12-14일이 되며 완전히 다른 방식으로 선택할 수 있습니다.

그림 2.

사실 다시 예전으로 돌아가면 실생활이 문제를 정확한 공식으로 고려하면 모든 것이 훨씬 더 복잡해질 것입니다. 저것들. 우주선은 다음과 같은 이유로 매우 오랜 시간, 예를 들어 한 기간 이상 그러한 궤도에 머물 수 없으며 그 궤도에 머무를 수 없습니다.

첫째, 지구 주위를 도는 달의 궤도는 원형이 아닙니다. 약간 타원형입니다.

또한, 우주선은 태양의 중력과 햇빛의 압력에 영향을 받습니다.

결과적으로 우주선은 그러한 궤도에 머물 수 없게 됩니다. 따라서 이러한 궤도에서 우주 비행을 구현한다는 관점에서 발사가 필요하다. 우주선적절한 후광 궤도에 진입한 후 이를 유지하기 위해 주기적으로 기동을 수행합니다.

행성 간 비행의 기준에 따르면 그러한 궤도를 유지하는 데 드는 연료 비용은 연간 50~80m/초를 넘지 않을 정도로 매우 적습니다. 비교하자면, 정지궤도 위성의 연간 궤도 유지 속도도 50m/초라고 할 수 있습니다. 여기서 우리는 정지궤도 위성을 고정된 지점 근처에 유지합니다. 이 작업은 훨씬 간단합니다. 여기서 우리는 우주선을 그러한 후광 궤도 근처에 유지해야 합니다. 원칙적으로 이 작업은 실제로 가능합니다. 더욱이, 이는 저추력 엔진을 사용하여 구현될 수 있으며, 각 기동은 1미터 미만 또는 m/초 단위입니다. 이는 유인 비행을 포함하여 우주 비행을 위해 이 지점 부근의 궤도를 사용할 가능성을 시사합니다.

이제, 관점에서 볼 때, 이것이 왜 유익하며, 특히 실제 우주 비행에 흥미로운 이유는 무엇입니까?

모두 기억하신다면 미국 프로젝트 "아폴로 달 궤도를 이용해 우주선이 하강한 뒤 달 표면에 착륙했다가 일정 시간 뒤 달 궤도로 돌아와 지구를 향해 날아갔다. 달 주위 궤도는 어느 정도 흥미롭지만 유인 우주 비행에 항상 편리한 것은 아닙니다. 다양한 긴급 상황이 발생할 수 있으며, 또한 특정 지역 근처에서만 달을 연구하려는 것이 아니라 일반적으로 달 전체를 연구하고 싶은 것이 당연합니다. 결과적으로 달 궤도의 사용에는 여러 가지 제한 사항이 있음이 밝혀졌습니다. 달 궤도에서 발사 날짜와 귀환 날짜에 제한이 적용됩니다. 달 궤도의 매개변수는 사용 가능한 에너지에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 극지방에는 접근이 불가능할 수 있습니다. 그러나 아마도 해방 지점 부근의 우주 정거장을 지지하는 가장 중요한 주장은 다음과 같습니다.

첫째, 우리는 언제든지 지구에서 발사할 수 있습니다.

정거장이 해방점에 있고 우주비행사가 달로 비행해야 하는 경우, 그들은 해방점에서 또는 오히려 후광 궤도에서 달 표면의 어느 지점으로든 비행할 수 있습니다.

이제 승무원이 도착했으므로 유인 우주 비행의 관점에서 긴급 상황, 승무원의 질병 등이 발생할 경우 승무원의 신속한 귀환 가능성을 보장하는 것이 매우 중요합니다. 달 궤도에 대해 이야기하는 경우 발사 시간까지 2주 정도 기다려야 할 수 있지만 여기서는 달에서 해방 지점의 정거장까지, 그리고 지구까지 언제든지 발사할 수 있습니다. , 원칙적으로 지구에 직접. 이러한 장점은 매우 분명하게 드러납니다.

사용 가능한 옵션: L1 또는 L2. 특정 차이점이 있습니다. 아시다시피 달은 항상 같은 면으로 우리를 바라보고 있습니다. 자체 회전 기간은 지구 주위를 움직이는 기간과 같습니다. 결과적으로, 뒷면달은 지구에서는 결코 보이지 않습니다. 이 경우, 항상 지구와 시야에 있고 달의 뒷면과 관련된 통신, 관측 및 기타 실험을 수행할 수 있는 기회를 갖도록 후광 궤도를 선택할 수 있습니다. 따라서 L1 또는 L2 지점에 위치한 우주 정거장은 유인 우주 비행에 있어 특정 이점을 가질 수 있습니다. 또한 L1 또는 L2 지점의 후광 궤도 사이에서 문자 그대로 10m/초의 저에너지 비행을 수행할 수 있으며 한 후광 궤도에서 다른 후광 궤도로 비행할 수 있다는 점이 흥미롭습니다.

V.: Yuri Petrovich, 질문이 있습니다. L1 지점은 달과 지구 사이의 선에 위치하고 있으며 제가 이해하는 바에 따르면 우주 정거장과 지구 간의 통신을 보장한다는 관점에서 볼 때 더 편리합니다. 달 뒤에 위치한 L2 지점도 실제 우주 비행에 관심이 있는 지점이라고 하더군요. 스테이션이 L2 지점에 있는 경우 지구와의 통신을 어떻게 보장합니까?

유.: L1 지점 부근의 궤도에 있는 모든 스테이션은 지구, 모든 후광 궤도와 지속적인 통신이 가능합니다. L2 지점의 경우 다소 복잡합니다. 이는 다음과 같은 사실 때문입니다. 우주 정거장후광 궤도를 따라 이동할 때 달의 그림자처럼 지구와 관련하여 나타날 수 있으며 통신이 불가능합니다. 그러나 항상 지구와 통신할 수 있는 후광 궤도를 구축하는 것은 가능합니다. 이것은 특별히 선택된 궤도입니다.

Q. 하기 쉽나요?

유.: 네, 할 수 있습니다. 그리고 공짜로 할 수 있는 일은 없기 때문에 약간 더 많은 연료 소비가 필요합니다. 50m/초 대신 100m/초가 된다고 가정해 보겠습니다. 이것은 아마도 가장 중요한 질문은 아닐 것입니다.

V.: 한 가지 더 명확한 질문이 있습니다. L1 지점에서 L2 지점으로 갔다가 다시 돌아오는 것이 에너지적으로 쉽다고 말씀하셨습니다. 달 지역에 두 개의 스테이션을 만드는 것은 의미가 없지만 에너지적으로 다른 지점으로 쉽게 이동할 수 있는 스테이션 하나만 있으면 충분하다는 것을 올바르게 이해하고 있습니까?

유.: 네, 그런데 국제 우주 정거장의 파트너들은 L1 지점에서 L2 지점으로 왕복 비행할 수 있는 우주 정거장 형태로 ISS 프로젝트 개발을 논의하기 위한 옵션 중 하나를 제공합니다. 이는 비행 시간(예: 2주) 측면에서 매우 실현 가능하고 예측 가능하며 유인 우주 비행에 사용될 수 있습니다.

또한 실제로 프로젝트에 따라 미국인이 후광 궤도 비행을 구현했다고 말하고 싶었습니다.아르테미스 . 약 2~3년 전 일입니다. 거기에서 두 개의 우주선이 해당 궤도를 유지하면서 지점 L1과 L2 근처에서 비행했습니다. 한 대의 차량이 L2 지점에서 L1 지점으로 비행했습니다. 이 모든 기술은 실제로 구현되었습니다. 물론 나는 우리가 그렇게 하길 바랐다.

V.: 글쎄요, 아직 모든 것이 남아 있습니다. 유리 페트로비치 씨, 다음 질문입니다. 당신의 추론에서 이해했듯이 우주 시스템두 개의 행성으로 구성된 에는 라그랑주 포인트 또는 해방 포인트가 있습니다. 태양-지구 시스템에는 그러한 점이 있으며, 이러한 점의 매력은 무엇입니까?

유.: 네, 물론 맞습니다. 지구-태양 시스템에도 해방점이 있습니다. 그 중 5 개가 있습니다. 월계 천정 지점과 달리, 해당 지점에서의 비행은 완전히 다른 작업에 매력적일 수 있습니다. 구체적으로는 L1과 L2 지점이 가장 관심을 끈다. 저것들. L1은 지구에서 태양을 향하는 방향이고, L2는 지구와 태양을 연결하는 선의 반대 방향입니다.

따라서 태양-지구 시스템의 L1 지점으로의 첫 번째 비행은 1978년에 수행되었습니다. 그 이후로 여러 가지 우주 임무가 수행되었습니다. 이러한 프로젝트의 주요 주제는 무엇보다도 태양풍, 태양 활동 등 태양 관찰과 관련이 있었습니다. 기후, 사람들의 웰빙 등 지구에 영향을 미치는 태양의 일부 활성 프로세스에 대한 경고를 사용하는 시스템이 있습니다. 이것이 바로 L1 포인트에 관한 것입니다. 태양, 태양의 활동 및 태양에서 일어나는 과정을 관찰할 수 있는 가능성으로 인해 인류의 주요 관심사입니다.

이제 L2를 가리킵니다. 포인트 L2도 주로 천체물리학에 있어서 흥미롭습니다. 그리고 이는 이 지점 근처에 위치한 우주선이 예를 들어 태양으로부터의 방사선으로부터 보호되는 전파 망원경을 사용할 수 있다는 사실 때문입니다. 그것은 지구와 태양의 반대 방향으로 향하게 될 것이며 보다 순수한 천체 물리학적인 관찰을 가능하게 할 것입니다. 그들은 태양이나 지구에서 반사되는 방사선으로 인해 소음이 발생하지 않습니다. 그리고 그것은 또한 흥미롭습니다. 왜냐면... 우리는 태양 주위를 돌며 365일 동안 움직입니다. 완전 회전, 그런 전파 망원경을 사용하면 우주의 모든 방향을 볼 수 있습니다. 그런 프로젝트도 있습니다. 지금 우리 물리학연구소에서 러시아 아카데미과학은 그러한 프로젝트 "Millimetron"을 개발하고 있습니다. 이 시점에서도 여러 가지 임무가 수행되었으며 우주선이 비행 중입니다.

Q: 유리 페트로비치 씨, 지구를 위협할 수 있는 위험한 소행성을 찾는다는 관점에서, 위험한 소행성을 감시하려면 우주선은 어느 지점에 배치해야 할까요?

유.: 사실 이 질문에 대한 직접적이고 명확한 대답은 없는 것 같습니다. 왜? 태양계와 관련하여 움직이는 소행성은 여러 개의 가족으로 그룹화되어 있는 것처럼 보이기 때문에 완전히 다른 궤도를 가지고 있으며 내 생각에는 한 가지 유형의 소행성에 대한 장치를 달 주위 지점에 배치하는 것이 가능하다고 생각됩니다. 또한 태양-지구 시스템의 해방점과 관련된 내용을 확인할 수도 있습니다. 그러나 "이러한 시스템에서 이러저러한 지점"이라는 명확하고 직접적인 대답을 제공하는 것은 어려운 것 같습니다. 그러나 원칙적으로 해방점은 지구를 보호하는 데 매력적일 수 있습니다.

V.: 정확하게 이해합니다. 태양계에는 지구-달, 지구-태양뿐만 아니라 더 많은 흥미로운 장소가 있습니다. 우주 프로젝트에 태양계의 또 어떤 흥미로운 장소를 사용할 수 있나요?

유.: 사실 존재하는 형태의 태양계에는 해방점과 관련된 효과 외에도 태양계에서 신체의 상호 운동과 관련된 효과가 많이 있습니다. 행성 등 d. 안타깝게도 여기 러시아에서는 이 주제에 대한 연구를 전혀 모르지만, 우선 미국인과 유럽인들은 태양계에 소위 저에너지 비행이 있다는 것을 발견했습니다. 연산 측면에서 수학적 측면과 계산 측면에서는 대규모 컴퓨팅 슈퍼컴퓨터가 필요합니다.

예를 들어 여기서는 지구-달 시스템의 L1 지점으로 돌아갑니다. 이 점과 관련하여 태양계 전역에 걸쳐 비행(자동 차량에 매력적임)을 구성하는 것이 가능하며, 행성 간 비행 표준에 따라 수백 m/초 정도의 작은 충격을 제공합니다. 그리고 나서 이 우주선은 천천히 움직이기 시작할 것입니다. 이 경우, 여러 행성을 우회하는 방식으로 궤도를 구성하는 것이 가능합니다.

직접 행성 간 비행과 달리 이것은 긴 과정이 될 것입니다. 따라서 유인 우주 비행에는 적합하지 않습니다. 그리고 자동 장치의 경우 이는 매우 매력적일 수 있습니다.

여기 그림(그림 3)에는 이러한 비행에 대한 그림이 나와 있습니다. 궤도는 서로 연결되는 것처럼 보입니다. 후광 궤도에서 L1에서 L2로 전환됩니다. 그는 세인트 영형조금이면 충분합니다. 거기도 마찬가지다. 우리는 이 터널을 따라 활공하는 것처럼 보이며, 다른 터널과 연결되는 지점이나 연결되는 지점에 가까워지면 작은 기동을 하고 날아가서 다른 행성으로 이동합니다. 일반적으로 매우 흥미로운 방향입니다. "라고 불린다.고속도로 "(적어도 미국인들이 사용하는 용어입니다).

그림 3.
(해외 출판물에서 발췌)

실제 구현은 프로젝트의 일부로 미국인에 의해 부분적으로 수행되었습니다.창세기 . 이제 그들은 또한 이 방향으로 일하고 있습니다. 제 생각에는 이것이 우주 개발에서 가장 유망한 분야 중 하나인 것 같습니다. 왜냐하면 결국 우리가 현재 가지고 있는 "추진기"라는 엔진은 고추력 엔진과 전기 제트 엔진(여전히 추력이 거의 없고 많은 에너지가 필요함)을 의미하므로 태양광 개발 측면에서 진전을 이룰 것이기 때문입니다. 시스템이나 추가 연구는 매우 어렵습니다. 그러나 그러한 장기 또는 심지어 10년 간의 비행 문제는 연구에 매우 흥미로울 수 있습니다. 보이저호처럼 말이죠. 그는 1978년이나 1982년부터 비행기를 탔던 것 같아요. 1977년부터 - 편집), 이제 태양계를 넘어섰습니다. 이 방향은 매우 어렵습니다. 첫째, 수학적으로 어렵다. 또한 비행 역학에 대한 분석 및 계산에는 높은 컴퓨터 리소스가 필요합니다. 개인용 컴퓨터에서 이를 계산하는 것은 의심스럽습니다. 슈퍼컴퓨터를 사용해야 합니다.

질문: Yuri Petrovich, 저에너지 전환 시스템을 사용하여 우주 태양 순찰을 조직할 수 있습니까? 즉, 기존 연료 제한을 적용하여 태양계를 모니터링하기 위한 영구 시스템입니다.

유.: 지구와 달 사이, 예를 들어 지구와 화성, 지구와 금성 사이에도 소위 준주기적 궤도가 있습니다. 이상적인 문제에서는 교란 없이 존재하는 후광 궤도를 분석한 것처럼 실제 교란을 가하면 어떤 방식으로든 궤도를 조정해야 합니다. 이러한 준주기 궤도는 특성 속도가 수백 m/초일 때 행성 간 비행의 표준에 따라 작은 궤도도 필요합니다. 소행성을 관찰하기 위한 우주 순찰대의 관점에서 볼 때, 그것은 매력적일 수 있습니다. 유일한 단점은 긴 비행 시간으로 인해 현재 유인 우주 비행에 적합하지 않다는 것입니다. 그리고 에너지의 관점에서, 심지어 우리 세기에 현재 가지고 있는 엔진으로도 우리는 매우 흥미로운 프로젝트를 만들 수 있습니다.

질문: 제가 올바르게 이해한 것입니까? 지구-달 시스템의 진동점은 유인 물체용이고 앞서 말씀하신 진동점은 자동 기계용이라고 가정하십니까?

유.: 또한 한 가지 점을 추가하고 싶습니다. L1 또는 L2에 있는 우주 정거장을 사용하여 소형 우주선을 발사할 수 있다는 것입니다(미국인들은 이 접근 방식을 “게이트 웨이 " - "우주로 가는 다리"). 이 장치는 저에너지 비행을 사용하여 매우 먼 거리에서 지구 주위를 주기적으로 이동하거나 다른 행성으로 비행하거나 심지어 여러 행성 주위를 비행할 수도 있습니다.

V.: 조금 꿈을 꾸면 미래에는 달이 우주 연료의 원천이 될 것이고 달 연료는 지구-달 시스템의 해방 지점으로 흐를 것입니다. 그러면 우주선에 우주 연료를 보급하고 우주를 보낼 수 있습니다 태양계 전역을 순찰합니다.

유리 페트로비치 씨, 흥미로운 현상에 대해 말씀하셨는데요. 그들은 미국 측에서 조사를 받았습니다 ( NASA) 그리고 우리나라에서는 이러한 프로젝트를 진행하고 있습니까?

유.: 내가 아는 한 그들은 아마도 지구-달 시스템의 해방점과 관련된 프로젝트에 참여하지 않았을 것입니다. 그들은 태양-지구 시스템의 해방점과 관련된 프로젝트를 진행하고 있습니다. 우리는 이 방향에 대한 광범위한 경험을 가지고 있습니다. Keldysh의 이름을 딴 러시아 과학 아카데미 응용 수학 연구소, 우주 연구소 및 러시아의 일부 대학은 유사한 문제를 다루려고 노력하고 있습니다. 그러나 이러한 체계적인 접근 방식은 규모가 큰 프로그램이기 때문에 프로그램은 인력 교육부터 시작해야 하며 인력은 매우 중요합니다. 높은 자격을 갖춘, 아니요. 우주 탄도학 및 천체 역학에 대한 전통적인 과정에서는 해방 지점 근처의 우주선 이동 메커니즘과 저에너지 비행이 실제로 없습니다.

나는 때때로 그것을 지적해야한다 소련그들은 유사한 프로그램에 어느 정도 적극적으로 참여했으며, 제가 이미 언급했듯이 응용 수학 연구소, IKI 및 Lebedev Physical Institute에 전문가들이 있었습니다. 이제 그들 중 많은 사람들이 이 나이에 있습니다... 그리고 이러한 문제를 다루는 많은 젊은이들은 매우 약하게 보입니다.

나는 미국인들을 칭찬한다는 의미에서 언급하지 않았습니다. 사실 미국에서는 매우 큰 부서가 이러한 문제를 다루고 있습니다. 우선 연구실에서는 JPL NASA 대규모 팀이 작업 중이며 아마도 미국 행성 간 우주 프로젝트의 대부분을 구현했을 것입니다. 많은 미국 대학, 다른 센터, NASA , 좋은 컴퓨터 장비를 갖춘 잘 훈련된 전문가가 많이 있습니다. 그들은 매우 광범위한 전선에서 이 문제를 이 방향으로 다루고 있습니다.

우리나라에서는 불행히도 왠지 구겨져 있습니다. 그러한 프로그램이 러시아에 나타나서 일반적으로 큰 관심을 끌게 된다면 이 작업을 시작하는 데 꽤 많은 시간이 걸릴 것입니다. 장기, 인력 교육을 시작으로 적절한 우주선의 연구, 계산 및 개발로 끝납니다.

질문: 유리 페트로비치 씨, 우리나라에서는 천체 역학 전문가를 양성하는 대학이 어디인가요?

유.: 제가 아는 한 모스크바 주립대학교, 상트페테르부르크 대학교에는 천체역학과가 있습니다. 거기에는 그런 전문가가 있습니다. 얼마나 많은지 대답하기가 어렵습니다.

V.: 문제의 실질적인 측면을 구현하기 시작하려면 먼저 깊은 전문가가 되어야 하고 이를 위해서는 적절한 전문성이 필요하기 때문입니다.

유.: 그리고 매우 좋은 수학적 배경을 가지고 있습니다.

V.: 알았어. 현재 특별한 수학 교육을 받지 않은 사람들에게 도움이 될 참고 자료 목록을 제공할 수 있습니까?

유.: 내가 아는 한 러시아어에는 해방 지점에 관한 Markeev의 논문이 하나 있습니다. 내 기억이 정확하다면 그것은 "천체역학과 우주역학의 해방점"이라고 불립니다. 1978년쯤에 나왔어요. Duboshin이 편집한 "천체역학과 천체역학 핸드북"이라는 참고서가 있습니다. 2개의 에디션을 거쳤습니다. 내가 기억하는 한, 그러한 질문도 포함되어 있습니다. 나머지는 먼저 응용 수학 연구소 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다. 전자도서관그리고 이 분야의 사전 인쇄본(별도 출판 기사)입니다. 그들은 인터넷에서 자유롭게 인쇄합니다. 사용하여 검색 엔진관련 사전 인쇄를 찾아 볼 수 있습니다. 인터넷에는 영어로 된 자료가 많이 있습니다.

V.: 흥미로운 이야기를 들려주셔서 감사합니다. 이 주제가 인터넷 리소스 사용자의 관심을 끌기를 바랍니다. 매우 감사합니다!

조제프 루이 라그랑주(Joseph Louis Lagrange)가 두 개의 거대체 문제(제한된 문제)를 연구하고 있을 때 세 개의 시체), 그는 그러한 시스템에 다음과 같은 속성을 가진 5개의 점이 있다는 것을 발견했습니다. 만약 그 점이 (거대한 물체에 비해) 무시할 수 있는 질량의 물체를 포함한다면, 이 물체는 두 개의 거대한 물체에 비해 움직이지 않을 것입니다. 중요한 점: 거대한 몸체는 공통 질량 중심을 중심으로 회전해야 하지만, 만약 그들이 어떻게든 쉬고 있다면 이 전체 이론은 여기에 적용할 수 없습니다. 이제 여러분은 그 이유를 이해하게 될 것입니다.

물론 가장 성공적인 예는 태양과 지구이며 우리는 그것들을 고려할 것입니다. 처음 세 점 L1, L2, L3은 지구와 태양의 질량 중심을 연결하는 선에 위치합니다.

지점 L1은 몸체 사이에 위치합니다(지구에 더 가깝습니다). 왜 거기에 있습니까? 지구와 태양 사이에 태양 주위를 도는 작은 소행성이 있다고 상상해 보세요. 일반적으로 지구 궤도 내부의 물체는 지구보다 회전 주파수가 더 높습니다(반드시 그런 것은 아님). 따라서 소행성의 회전 주파수가 더 높으면 때때로 행성을 지나 날아가 속도가 느려집니다. 중력에 의해 아래로 떨어지면 결국 소행성의 궤도 주파수는 지구의 주파수와 같아지게 됩니다. 지구의 회전 주파수가 더 높으면 때때로 소행성을 지나서 날아가면서 함께 끌어 당겨 가속하며 결과는 동일합니다. 지구와 소행성의 회전 주파수는 동일합니다. 그러나 이것은 소행성의 궤도가 L1 지점을 통과하는 경우에만 가능합니다.

지점 L2는 지구 뒤에 있습니다. 이 시점에서 우리의 상상의 소행성은 지구와 태양이 같은 쪽에 있었기 때문에 그쪽으로 끌어당겨져야 하는 것처럼 보일 수 있지만 그렇지 않습니다. 시스템이 회전한다는 사실을 잊지 마세요. 덕분에 소행성에 작용하는 원심력은 지구와 태양의 중력과 동일해집니다. 지구 궤도 외부의 물체는 일반적으로 지구보다 궤도 주파수가 낮습니다(항상 그런 것은 아님). 따라서 본질은 동일합니다. 소행성의 궤도는 L2를 통과하고 지구는 때때로 과거를 날아가면서 소행성을 함께 끌어당겨 궁극적으로 궤도의 주파수를 자체 궤도와 동일하게 만듭니다.

점 L3은 태양 뒤에 있습니다. SF 작가들이 태양 반대편에 카운터 어스(Counter-Earth)와 같은 또 다른 행성이 있다고 생각했던 것을 기억하십니까? 따라서 지점 L3은 거의 거기에 있지만 태양에서 조금 더 떨어져 있으며 정확히 지구 궤도에 있지는 않습니다. 왜냐하면 태양-지구 시스템의 질량 중심이 태양의 질량 중심과 일치하지 않기 때문입니다. L3 지점에서 소행성의 회전 빈도로 모든 것이 분명하며 지구의 회전 빈도와 동일해야합니다. 더 작으면 소행성은 태양에 떨어질 것이고, 더 크면 날아갈 것입니다. 그런데, 주어진 포인트가장 불안정한 것은 다른 행성, 특히 금성의 영향으로 흔들리고 있다는 것입니다.

L4와 L5는 지구의 궤도보다 약간 큰 궤도에 위치하며 다음과 같은 방식으로 이루어집니다. 태양-지구 시스템의 질량 중심에서 우리가 빔을 지구로 향하고 다른 빔을 향하게 하여 각도가 다음과 같다고 상상해 보십시오. 이 광선 사이는 60도였습니다. 그리고 양방향, 즉 시계 반대 방향과 시계 방향입니다. 따라서 그러한 빔 중 하나에는 L4가 있고 다른 하나에는 L5가 있습니다. L4는 이동 방향, 즉 마치 지구에서 도망가는 것처럼 지구 앞에 있고 그에 따라 L5는 지구를 따라 잡을 것입니다. 이 지점에서 지구와 태양까지의 거리는 동일합니다. 이제 법을 기억해 보자. 만유 중력, 우리는 인력이 질량에 비례한다는 점에 주목합니다. 이는 L4 또는 L5에 있는 소행성이 지구가 태양보다 가볍기 때문에 지구에 몇 배나 약하게 끌릴 것임을 의미합니다. 이러한 힘의 벡터를 순전히 기하학적으로 구성하면 그 결과는 정확히 무게중심(태양-지구 시스템의 질량 중심)을 향하게 됩니다. 태양과 지구는 무게 중심을 중심으로 동일한 주파수로 회전하고 L4와 L5의 소행성도 동일한 주파수로 회전합니다. L4는 그리스인(Greeks)이라고 불리며, L5는 목성의 트로이 소행성에서 따온 트로이인(Trojans)이라고 불립니다(자세한 내용은 Wiki 참조).

지구-달 시스템의 라그랑주 지점에 우주선을 배치하는 실험이 수행되었습니까?

우주에 존재하는 소위 해방점과 그 사실에도 불구하고 놀라운 속성인류는 꽤 오랫동안 알고 있었으며 우주 시대 22년이 되어서야 실용적인 목적으로 사용되기 시작했습니다. 하지만 먼저 기적점 자체에 대해 간단히 이야기 해 보겠습니다.

그들은 소위 삼체 문제를 해결한 결과 라그랑주(현재 그의 이름을 딴)에 의해 이론적으로 처음 발견되었습니다. 과학자는 우주에서 모든 결과가 나타나는 지점이 어디에 있는지 결정할 수 있었습니다. 외력 0으로 간다.

점은 안정점과 불안정점으로 구분됩니다. 안정적인 것들은 일반적으로 L 4 및 L 5 로 지정됩니다. 그들은 주요 두 개와 같은 평면에 위치합니다. 천체(이 경우에는 지구와 달) 두 개를 형성합니다. 정삼각형, 종종 삼각형이라고 불립니다. 우주선은 원하는 만큼 오랫동안 삼각형 지점에 머물 수 있습니다. 옆으로 치우치더라도 활동적인 세력여전히 평형 위치로 돌아갑니다. 우주선은 당구공이 주머니에 들어가는 것처럼 중력 깔대기 속으로 떨어지는 것처럼 보입니다.

그러나 우리가 말했듯이 불안정한 해방 지점도 있습니다. 반대로 우주선은 마치 산 위에 있는 것처럼 위치하며 맨 꼭대기에서만 안정적입니다. 외부 영향으로 인해 측면으로 편향됩니다. 불안정한 라그랑주 지점에 도달하는 것은 매우 어렵습니다. 이를 위해서는 매우 정확한 탐색이 필요합니다. 따라서 장치는 소위 "후광 궤도"의 지점 자체에 가깝게만 이동해야 하며, 때때로 이를 유지하기 위해 연료를 소비하지만 매우 적습니다.

지구-달 시스템에는 세 개의 불안정한 지점이 있습니다. 종종 그들은 같은 선상에 위치하기 때문에 직선이라고도 불립니다. 그 중 하나(L 1)는 지구와 달 사이에 위치하며 달에서 58,000km 떨어져 있습니다. 두 번째 (L 2)는 지구에서 결코 볼 수 없도록 위치하며 65,000km 떨어진 달 뒤에 숨어 있습니다. 반면에 마지막 지점(L 3)은 약 38만km 떨어진 지구에 의해 차단되어 있기 때문에 달에서는 결코 볼 수 없습니다.

안정적인 지점에 있는 것이 더 수익성이 있지만(연료를 소비할 필요가 없음) 우주선은 지금까지 불안정한 지점에만 익숙해졌거나 오히려 그 중 하나만 알고 있었고 심지어 태양-지구 시스템과 관련이 있었습니다. . 그것은 우리 행성에서 150만km 떨어진 이 시스템 내부에 위치하고 있으며 지구와 달 사이의 지점과 마찬가지로 L 1로 지정됩니다. 지구에서 보면 태양에 직접 투영되어 태양을 추적하는 데 이상적인 지점 역할을 할 수 있습니다.

이 기회는 1978년 8월 12일 발사된 미국 ISEE-3에 의해 처음 사용되었습니다. 1978년 11월부터 1982년 6월까지 리점 주위의 '후광 궤도'에 있었고 태양풍의 특성을 연구했습니다. 이 기간이 끝나면 역사상 최초의 혜성 연구원이 된 사람은 이미 ICE로 이름이 변경되었습니다. 이를 위해 장치는 해방 지점을 떠났고 달 근처에서 여러 차례 중력 기동을 수행한 후 1985년에 Giacobini-Zinner 혜성 근처로 날아갔습니다. 다음 해에 그는 먼 거리에서만 핼리 혜성을 탐사했습니다.

태양-지구 시스템의 L 1 지점을 방문한 다음 방문자는 1995년 12월 2일에 발사된 유럽 태양 관측소 SOHO였으며 불행히도 최근 제어 오류로 인해 손실되었습니다. 일하는 동안 그녀는 중요한 몇 가지를 받았습니다. 과학적인 정보그리고 많은 흥미로운 발견이 이루어졌습니다.

마지막으로 L 1 근처에서 현재까지 출시된 최신 장치는 우주선과 항성풍을 연구하도록 설계된 미국의 ACE 장치였습니다. 지난해 8월 25일 지구에서 발사돼 현재 연구를 성공적으로 수행하고 있다.

다음은 무엇입니까? 해방점과 관련된 새로운 프로젝트가 있나요? 물론 그들은 존재합니다. 따라서 미국에서는 A. Gore 부통령의 제안이 이미 "Gore Camera"라는 별명을 가진 과학 및 교육 장치 "Triana"의 태양-지구 시스템 L 1 지점 방향으로 새로운 출시를 위해 수락되었습니다. .

그의 전임자들과 달리 그는 태양이 아니라 지구를 모니터링할 것입니다. 이 지점에서 우리 행성은 항상 전체 위상으로 볼 수 있으므로 관찰에 매우 편리합니다. 고라카메라가 수신한 영상은 거의 실시간으로 인터넷에 업로드돼 누구나 접근할 수 있게 될 것으로 기대된다.

러시아의 "해방" 프로젝트도 있습니다. 이것은 다음에 대한 정보를 수집하도록 설계된 Relikt-2 장치입니다. 우주 마이크로파 배경 방사선. 이 프로젝트에 대한 자금이 확보되면 지구-달 시스템의 L 2 해방 지점, 즉 달 뒤에 숨겨진 지점이 이를 기다립니다.

당신이 스스로 설정한 목표가 무엇이든, 어떤 임무를 계획하든 우주 여행에 가장 큰 장애물 중 하나는 연료일 것입니다. 분명히 지구를 떠나려면 일정량이 필요합니다. 더 많은 화물을 대기 밖으로 꺼내야 할 수록 더 많은 연료가 필요합니다. 하지만 이로 인해 로켓은 더욱 무거워지고, 이 모든 것이 악순환. 이것이 바로 우리가 하나의 로켓에서 여러 행성 간 스테이션을 다른 주소로 보내는 것을 방지하는 것입니다. 단순히 연료를 위한 공간이 충분하지 않습니다. 그러나 지난 세기 80년대에 과학자들은 허점을 발견했습니다. 태양계, 연료를 거의 사용하지 않습니다. 이를 행성 간 수송 네트워크라고 합니다.

현재의 우주 비행 방법

오늘날 지구에서 화성으로 이동하는 것과 같이 태양계의 물체 사이를 이동하려면 일반적으로 소위 호만 타원 비행이 필요합니다. 발사체는 발사된 후 화성 궤도를 넘어설 때까지 가속됩니다. 붉은 행성 근처에서 로켓의 속도가 느려지고 목적지를 중심으로 회전하기 시작합니다. 가속과 제동 모두에 많은 연료를 소모하지만 Hohmann 타원은 여전히 ​​​​가장 큰 연료 중 하나입니다. 효과적인 방법공간의 두 물체 사이를 이동합니다.

Hohmann Ellipse - Arc I - 지구에서 금성까지의 비행. Arc II - 금성에서 화성으로의 비행 Arc III - 화성에서 지구로 돌아옴.

중력 조작도 사용되며 이는 훨씬 더 효과적일 수 있습니다. 그것들을 함으로써, 우주선큰 천체의 중력을 이용해 가속한다. 연료를 사용하지 않고도 속도 증가가 매우 중요합니다. 우리는 지구에서 장거리 여행을 하면서 기지국을 보낼 때마다 이러한 기동을 사용합니다. 그러나 배송 후 중력 기동어떤 행성의 궤도에 들어가려면 속도가 느려져야 합니다. 물론 당신은 여기에 연료가 필요하다는 것을 기억합니다.

이것이 바로 지난 세기 말에 일부 과학자들이 다른 측면에서 문제에 접근하기로 결정한 이유입니다. 그들은 중력을 하나의 슬링이 아닌 지리적 풍경으로 다루었고, 행성 간 수송 네트워크에 대한 아이디어를 공식화했습니다. 입구와 출구 스프링보드는 중력과 회전력이 균형을 이루는 천체 근처의 5개 영역인 라그랑주 지점이었습니다. 그것들은 한 몸체가 다른 몸체를 중심으로 회전하는 모든 시스템에 존재하며 독창성을 가장하지 않고 L1부터 L5까지 번호가 매겨져 있습니다.

우주선을 라그랑주 지점에 놓으면 중력이 우주선을 한 방향보다 다른 방향으로 더 많이 끌어당기지 않기 때문에 우주선은 거기에 무한정 매달리게 됩니다. 그러나 비유적으로 말하면 이러한 모든 점이 동일하게 생성되는 것은 아닙니다. 그 중 일부는 안정적입니다. 내부에서 약간 옆으로 움직이면 중력이 산 계곡 바닥에 있는 공처럼 원래 위치로 돌아옵니다. 다른 라그랑주 점은 불안정합니다. 조금만 움직이면 거기에서 쫓겨나기 시작할 것입니다. 여기에 있는 물체는 언덕 꼭대기에 있는 공과 같습니다. 잘 배치되거나 거기에 고정되어 있으면 공은 그대로 유지되지만 약간의 바람만 불어도 속도가 빨라져 굴러떨어질 수 있습니다.

우주 풍경의 언덕과 계곡

태양계 주위를 비행하는 우주선은 비행 중 및 경로 계획 단계에서 이러한 모든 "언덕"과 "계곡"을 고려합니다. 그러나 행성 간 운송 네트워크는 그들이 사회의 이익을 위해 일하도록 강요합니다. 이미 알고 있듯이 모든 안정 궤도에는 5개의 라그랑주 점이 있습니다. 이것은 지구-달 시스템, 태양-지구 시스템, 그리고 토성과 함께 토성의 모든 위성 시스템입니다.... 결국 태양계에서는 많은 것들이 무언가를 중심으로 회전할 수 있습니다.

라그랑주 점은 공간에서 특정 위치가 끊임없이 변경되더라도 어디에나 있습니다. 그들은 항상 회전계에서 더 작은 물체의 궤도를 따르며, 이로 인해 끊임없이 변화하는 중력 언덕과 계곡의 풍경이 만들어집니다. 다시 말하면, 분포 중력태양계에서는 시간이 지남에 따라 변화합니다. 때로는 특정 공간 좌표의 인력이 태양을 향하고, 다른 시점에서 일부 행성을 향하고, 라그랑주 점이 이를 통과하는 경우도 발생하며, 이곳에서는 아무도 누구도 끌어당기지 않을 때 평형이 지배합니다.

언덕과 계곡 비유는 우리가 이 추상적 개념을 더 잘 시각화하는 데 도움이 되므로 몇 번 더 사용해 보겠습니다. 때때로 우주에서는 한 언덕이 다른 언덕이나 다른 계곡 옆을 지나가는 경우가 있습니다. 서로 겹칠 수도 있습니다. 그리고 바로 이 순간 우주여행이 특히 효과적이 됩니다. 예를 들어, 중력 언덕이 계곡과 겹치는 경우 해당 계곡으로 "굴러갈" 수 있습니다. 언덕이 다른 언덕과 겹치면 정상에서 정상으로 점프할 수 있습니다.

행성 간 전송 네트워크를 사용하는 방법은 무엇입니까?

서로 다른 궤도의 라그랑주 점이 서로 더 가까워지면 한 곳에서 다른 곳으로 이동하는 데 거의 노력이 필요하지 않습니다. 즉, 서두르지 않고 접근을 기다릴 준비가 된 경우 연료를 거의 낭비하지 않고 지구-화성-목성 경로 및 그 이상을 따라 궤도에서 궤도로 점프할 수 있음을 의미합니다. 이것이 행성 간 전송 네트워크가 사용하는 아이디어라는 것을 이해하기 쉽습니다. 끊임없이 변화하는 라그랑주 포인트 네트워크는 구불구불한 도로와 같아서 최소한의 연료 소비로 궤도 사이를 이동할 수 있습니다.

과학계에서는 이러한 점대점 이동을 저비용 전환 궤적이라고 부르며 이미 실제로 여러 번 사용되었습니다. 가장 많은 것 중 하나 유명한 예는 1991년 일본 달 정거장을 구하기 위한 필사적이지만 성공적인 시도였습니다. 그 당시 우주선은 전통적인 방식으로 임무를 완수하기에는 연료가 너무 부족했습니다. 불행하게도 우리는 이 기술을 정기적으로 사용할 수 없습니다. 왜냐하면 라그랑주 점의 유리한 정렬이 수십 년, 수백 년, 심지어 더 오랜 기간 동안 예상될 수 있기 때문입니다.

그러나 시간이 급하지 않다면 탐사선을 우주로 쉽게 보낼 여유가 있습니다. 탐사선은 필요한 조합을 침착하게 기다리고 나머지 시간에는 정보를 수집합니다. 기다린 후 그는 다른 궤도로 점프하여 이미 그 궤도에 있는 동안 관찰을 수행합니다. 이 탐사선은 태양계 전체를 무제한으로 여행하면서 주변에서 일어나는 모든 일을 기록하고 인류 문명에 대한 과학적 지식을 더할 수 있습니다. 이것이 우리가 지금 우주를 탐험하는 방식과 근본적으로 다를 것이라는 점은 분명하지만, 이 방법은 미래의 장기 임무를 포함하여 유망해 보입니다.