Разгорается новая "космическая гонка" между США и Китаем в освоении космоса, и одним из полей битвы становятся точки Лагранжа — уникальные позиции гравитационного равновесия.
Индийский космический корабль достиг точки Лагранжа
Точка Лагранжа. Точки L4 и L5 — самые стабильные точки Лагранжа: любой объект, попавший в них, там и останется. Это, в принципе, хорошая новость. Почти за месяц новейший телескоп «Джеймс Уэбб» добрался до второй точки Лагранжа в системе Солнце-Земля. 16 апреля 2020 года астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ» стала первым отечественным космическим аппаратом, который облетел точку Лагранжа L2. Специалисты «Центрального научно-исследовательского института машиностроения» (ЦНИИмаш) предложили отправить спутник в точку Лагранжа L1 системы Земля — Луна.
Индия успешно запустила станцию по изучению Солнца Aditya-L1
Эти пять точек либрации можно найти в любой системе двух тел — например, в системе Земля — Луна, Земля — Солнце, Юпитер — Солнце и так далее. Точки либрации существуют и в более сложных системах, скажем вокруг вращающихся гравитирующих эллипсоидов, таких как карликовая планета Хаумеа рядом с Плутоном, которая считается самым быстровращающимся телом в Солнечной системе. Астрофизик Ольга Сильченко о том, как точки Лагранжа используют в исследованиях космоса: — Если мы запускаем телескоп на орбиту, то он крутится вокруг Земли. Нам он виден то днем, то ночью, надо все время за ним «бегать», поддерживать с ним связь — расставить антенны по всей Земле. Раньше так и поступали. И хорошо, что Россия — страна протяженная, система антенн, которая принадлежит петербургскому Институту прикладной астрономии РАН, растянулась от Карелии до Уссурийска.
Но когда спутник улетел и находился над Америкой, наблюдать за ним уже не получалось, приходилось просить о помощи американских коллег. Такой способ не очень удобный: много антенн, много коллективов, с которыми надо договариваться. Если мы запускаем спутник в точку Лагранжа, наладить с ним связь даже из одного пункта довольно просто. Телескоп наблюдает непрерывно, постоянно получает очень много информации. Эту информацию надо все время сбрасывать на Землю, на самом аппарате много ее накопить не получается.
А когда он находится в точке Лагранжа, мы можем все время поддерживать связь с телескопом. Коллинеарные точки либрации L1, L2, L3 неустойчивые.
На Земле такие инструменты не могут работать в принципе, поскольку атмосфера непрозрачна для рентгеновского излучения. Наблюдения будут проводиться в течение шести с половиной лет, из них четыре года — в режиме сканирования звездного неба, а два с половиной года — в режиме точечного наблюдения объектов во Вселенной. За время стодневного полета «Спектра-РГ» было выполнено две коррекции, которые обеспечили попадание на орбиту в окрестности точки либрации L2 системы «Солнце — Земля». Точки либрации — это особые точки в системе «Солнце — Земля». В этих точках гравитационные поля Земли и Солнца, действующие на малое тело, уравновешены. Однако это точки неустойчивого равновесия, и поэтому для того, чтобы находиться в окрестности этой точки, аппарат будет выполнять эволюции по гало-орбите в несколько сотен тысяч километров вокруг точки либрации.
Существует пять таких точек вокруг Земли, из которых наибольшую роль играют точки L1, L2 и L5. США и Китай, осознавая стратегическую важность таких точек на орбите Земли, идут на значительные инвестиции в разработку технологий, которые могут обеспечить контроль над ними.
Это может привести к возникновению новой космической гонки между этими двумя государствами. Одним из ключевых направлений этих исследований является использование точек Лагранжа для размещения платформ, способных наблюдать за Солнцем и глубоким космосом. На точках L1 и L2 могут быть размещены телескопы, которые позволят лучше изучать Солнечную систему и находящиеся за ее пределами объекты. Кроме того, точки L4 и L5 предлагают возможность для размещения космических станций, которые могут служить орбитальным пунктам управления и обслуживания миссий в дальнем космосе.
Пунктиром обозначена орбита Луны. Зелёные квадраты обозначены моменты проведения трех коррекций траектории на перелете: К1, К2, К3. Оранжевым обозначен момент «замыкания» рабочей орбиты после полного оборота орбита незамкнута. Оранжевый кружок — положение аппарата через полгода после выхода на рабочую орбиту Источник: ИПМ им. Всего же за год будет получено два обзора неравномерность обзора связана с разной скоростью вращения аппарата при сканировании. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком 0.
Индийская солнечная обсерватория вышла на траекторию полета к точке Лагранжа L1
РОС будет иметь орбиту, по которой человек еще не летал. Но что еще серьезнее, на высокоширотных орбитах повышается и радиационная опасность. Как считает Андрей Садовский, поток заряженных частиц, который движется от Солнца к Земле, может создать проблемы для перспективной станции. Однако спутник, размещенный в точке L1 между двумя небесными телами, сможет фиксировать поток этих частиц за несколько часов до того, как они достигнут Земли. В настоящее время для мониторинга используются данные зарубежных аппаратов. Во вселенной есть особые места, где гравитационные силы идеально сбалансированы. Чем хороша точка Лагранжа L1?
На станции находятся семь систем для изучения параметров Солнца. Ими будет исследоваться поток частиц, идущих от звезды, магнитное поле, солнечная фотосфера, а также колебания солнечного излучения и другие параметры. Сведения будут отправляться на Землю, поток данных ожидается значительным. Аппарат будет отправлять около 1440 изображений в сутки на наземную станцию для анализа.
Кроме того точки Лагранжа используются для гравитационных манёвров называемых w:Межпланетная транспортная сеть. Фактически, вам достаточно рассчитать траекторию и дать Очень Тяжелому Грузу помним астероид-метлу для проекта расчистки орбиты Земли от синдрома Кесслера? Это был плюс. Теперь минус: это очень медленный вид транспортировки.
Кто-то тут ныл что до Марса лететь полгода, а до Юпитера — семь лет? Вам повезёт если ваш груз доберётся до цели на орбите соседней планеты лет за десять. Но, с другой стороны, если у вас работает добыча полезных ништяков где-то у черта на рогах, грузы можно просто выстреливать по сети и забыть про них. Через N лет первые грузы начнут прибывать, а дальше их прибытие станет постоянным, и данный вопрос перестанет кого-либо волновать.
Точки Лагранжа в фантастике[ править ] Чаще всего в фантастике встречаются точки L4 и L5. В них удобно размещать космические станции и другие объекты, которые не должны далеко удаляться от отведённого для них места. Впрочем, остальные точки тоже получают долю внимания. Литература [ править ] Жюль Верн, «Из пушки на Луну» — едва ли не первопример твёрдой научной фантастики, по нынешним временам, однако, не совсем точный: ядро с путешественниками должно преодолеть так называемую «нейтральную точку», чтобы дальше уже свободно падать на Луну.
Обсерватория весом 1480 кг должна прибыть в L1 примерно через четыре месяца. Спутник, размещенный на орбите вокруг точки L1, будет постоянно наблюдать за Солнцем без каких-либо покрытий или затмений. Индийский солнечный зонд будет использовать четыре научных инструмента для изучения частиц и магнитных полей и еще четыре других съемки поверхности Солнца и его атмосферы.
James Webb достиг точки Лагранжа
В точке Лагранжа L2 силы притяжения Солнца и Земли уравновешиваются. Объект, попавший в эту область, останется там, пока наша планета вертится вокруг звезды. Российская астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ» сегодня, 16 апреля 2020 года, стала первым отечественным аппаратом, облетевшим точку Лагранжа L2. Ну, точки Лагранжа — это определенные места в этой конфигурации, где гравитация двух тел уравновешивается в равной степени совершенно особым образом. что космический аппарат Aditya L1 начал осуществлять движение по направлению к расположенной в системе Солнце — Земля первой точке Лагранжа.
Индия успешно вывела на орбиту Земли станцию по изучению Солнца Aditya-L1
Однако, несмотря на ожесточенную конкуренцию между США и Китаем, сотрудничество и совместные исследования в области точек Лагранжа могут быть гораздо более выгодными для обеих сторон. В области космоса гораздо больше сфер сотрудничества, чем подрывной конкуренции, и усилия этих двух мощных наций могут привести к новым открытиям и прорывам в науке и технологии. В целом, точки Лагранжа представляют собой новую арену для престижной космической гонки между США и Китаем. Они обладают стратегическим, научным и экономическим потенциалом, который заставляет эти две великие нации сражаться за доминирование в этой области. Однако, несмотря на конкуренцию, сотрудничество между ними может привести к новым открытиям и прогрессу в исследованиях космического пространства.
Ученые назвали его Ахиллесом — именно с него пошла традиция называть все подобные астероиды именами участников Троянской войны. Сейчас благодаря этому открытию астрофизики обнаружили более тысячи астероидов, находящихся в двух стабильных точках Лагранжа Юпитера. Орбита астероида Ахиллес Другое дело, что поиски подобных астероидов вокруг других планет пока оказались не столь успешными: возле Сатурна их пока не обнаружили, а около Нептуна — всего один.
Вероятно, пока астрофизики просто не рассчитали правильное местоположение этих областей у таких планет. Все равно не очень понятно, как это работает Точка Лагранжа — это такое место в космосе, где объединенные гравитационные силы двух очень массивных тел — Земли и Солнца или Земли и Луны — равны центробежной силе, ощущаемой намного меньшим третьим телом. Взаимодействие этих сил создает точку равновесия, где может быть навечно «припаркован» условный космический корабль для проведения наблюдений.
Предположим, у нас есть два очень больших объекта в космосе — Земля и Солнце. У них есть гравитационное притяжение. И есть спутник — если мы запускаем его слишком близко к Солнцу, то постепенно гравитация притянет его к звезде, и он либо врежется в нее, либо выйдет на солнечную орбиту.
Если к Земле, то спутник либо окажется на околоземной орбите, либо войдет в атмосферу нашей планеты и сгорит в ней. Точки Лагранжа — места в космосе, где гравитация двух объектов в нашем случае Солнца и Земли эффективно компенсирует друг друга. Это позволит спутнику оставаться именно в том месте, куда он был запущен.
Какое-то время наш спутник, оказавшийся в этих точках, будет находиться внутри областей, но потом гравитация все-таки изменится и наше космическое тело полетит дальше. Это можно сравнить с кусочком мрамора, который мы аккуратно положили на вершину перевернутой чаши. Он там будет лежать, но один удар по столу — и мрамор скатится вниз.
L4 и L5 являются стабильными. Даже если ваш спутник не идеально добрался до этих точек, гравитация в любом случае как бы подтолкнет его в такое положение, чтобы он оставался там навсегда.
Такой способ не очень удобный: много антенн, много коллективов, с которыми надо договариваться. Если мы запускаем спутник в точку Лагранжа, наладить с ним связь даже из одного пункта довольно просто. Телескоп наблюдает непрерывно, постоянно получает очень много информации. Эту информацию надо все время сбрасывать на Землю, на самом аппарате много ее накопить не получается. А когда он находится в точке Лагранжа, мы можем все время поддерживать связь с телескопом.
Коллинеарные точки либрации L1, L2, L3 неустойчивые. Это значит, что космический аппарат или природное тело, попавшее в такую точку, будет колебаться около нее только в течение определенного времени, после чего из нее вылетит. Треугольные точки L4 и L5 устойчивые: любой объект, попавший в их малые окрестности, в них и останется. Каждая точка Лагранжа имеет свои особенности и научный потенциал. Расскажем о них подробнее. Точка L1 расположена на прямой линии между телами, например Солнцем и Землей. Это идеальное место для наблюдений за звездой: Солнце здесь никогда не перекрывается ни Землей, ни Луной.
Изучение активности и вспышек Солнца, предсказание климата — основные направления задачи, которые он поможет решить.
Программа ученых позволит эффективно управлять их движением, рассчитывая оптимальные варианты перемещения между различными орбитами вокруг двух точек Лагранжа — особых позициях, где различные физические силы компенсируют взаимное воздействие друг на друга и объект оказывается в гравитационной «невесомости». Одна из них расположена между Землей и ее спутником, другая — за обратной стороной Луны. Таким образом, потребность в запуске двигателей аппаратов для коррекции орбиты станет меньше, что продлит срок их работы, отмечают исследователи.
ЧТО ТАКОЕ ТОЧКИ ЛАГРАНЖА И ПОЧЕМУ В НИХ НЕ ДЕЙСТВУЕТ ГРАВИТАЦИЯ
L4 и L5, расположенные на 60 градусов впереди и позади Земли на ее орбитальном пути вокруг Солнца, обеспечивают стабильность, что делает их идеальными местами "парковки" для спутников и телескопов. Отсутствие атмосферных помех и близость к Луне делают L1 и L2 также популярными. Контроль над этими точками Лагранжа дает значительные преимущества в космических исследованиях, связи и наблюдении. L2, расположенная в 1,5 миллионах километров позади Земли с точки зрения Солнца, предлагает беспрепятственный обзор дальнего космоса. Это делает его отличным местом для установки чувствительных телескопов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба JWST.
Например, если в одном обзоре исследованию этой части неба помешала солнечная вспышка, то в запасе остаются данные других обзоров. Итоговые карты в этом месте будут менее «глубокими», но на них не останется «белых пятен» terra incognita. Всего в первоначальной программе обсерватории было предусмотрено восемь обзоров, но из-за того, что в марте 2022 г.
Павлинского была изменена. От обзора всей небесной сферы ART-XC перешёл к выполнению собственной программы наблюдений, одной из основных задач которой стал глубокий обзор нашей Галактики — Млечного пути. Помимо этого проводились наблюдения наиболее интересных областей неба и источников, в том числе, впервые обнаруженных. Обзор Галактики был завершен осенью 2023 года, после чего ART-XC вернулся к решению основной задачи проекта и возобновил программу обзора всего неба.
На фотографиях, опубликованных индийским космическим агентством, видно, что ракета и аппарат полностью интегрированы на стартовой площадке. Как долго лететь до Солнца? Корабль вообще не будет спускаться на поверхность Солнца. Пункт его назначения находится на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли. Это почти в четыре раза больше расстояния между Землей и Луной, но является всего одной сотой расстояния до самого Солнца, которое находится в 151 миллионах километров от Земли. Для сравнения: космический аппарат НАСА «Паркер», который неделю назад проскочил мимо Венеры, в конечном итоге пролетит на расстоянии 6,1 миллиона километров от поверхности Солнца. Но «Адитье-L1» все равно потребуется довольно долгое время, чтобы прибыть в пункт назначения. Но стоил ли проект всех приложенных усилий, если Солнце все равно будет далеко?
В результате объект будет всё больше удаляться от положения равновесия. Такая особенность поведения тел в окрестностях точки L1 играет важную роль в тесных двойных звёздных системах. Полости Роша компонент таких систем соприкасаются в точке L1, поэтому, когда одна из звёзд-компаньонов в процессе эволюции заполняет свою полость Роша, вещество перетекает с одной звезды на другую именно через окрестности точки Лагранжа L1 [21]. Несмотря на это, существуют стабильные замкнутые орбиты во вращающейся системе координат вокруг коллинеарных точек либрации, по крайней мере, в случае задачи трёх тел. Если на движение влияют и другие тела как это происходит в Солнечной системе , вместо замкнутых орбит объект будет двигаться по квазипериодическим орбитам, имеющим форму фигур Лиссажу. Несмотря на неустойчивость такой орбиты, космический аппарат может оставаться на ней в течение длительного времени, затрачивая относительно небольшое количество топлива [22]. При смещении объекта возникают силы Кориолиса , которые искривляют траекторию, и объект движется по устойчивой орбите вокруг точки либрации. Информация в этом разделе устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон. Полости Роша для двойной звёздной системы обозначены жёлтым Исследователи в области космонавтики давно уже обратили внимание на точки Лагранжа. Например, в точке L1 системы Земля — Солнце удобно разместить космическую солнечную обсерваторию — она никогда не будет попадать в тень Земли, а значит, наблюдения могут вестись непрерывно.
НАСА показало гало-орбиту для новой орбитальной станции
Точки либрации — это особые точки в системе «Солнце — Земля». В этих точках гравитационные поля Земли и Солнца, действующие на малое тело, уравновешены. Однако это точки неустойчивого равновесия, и поэтому для того, чтобы находиться в окрестности этой точки, аппарат будет выполнять эволюции по гало-орбите в несколько сотен тысяч километров вокруг точки либрации. Космический аппарат «Спектр-РГ» был запущен 13 июля 2019 года с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Основная цель миссии — построение карты неба в мягком 0,3—8 кэВ и жестком 4—20 кэВ диапазонах рентгеновского спектра.
Орбита астероида Ахиллес Другое дело, что поиски подобных астероидов вокруг других планет пока оказались не столь успешными: возле Сатурна их пока не обнаружили, а около Нептуна — всего один. Вероятно, пока астрофизики просто не рассчитали правильное местоположение этих областей у таких планет. Все равно не очень понятно, как это работает Точка Лагранжа — это такое место в космосе, где объединенные гравитационные силы двух очень массивных тел — Земли и Солнца или Земли и Луны — равны центробежной силе, ощущаемой намного меньшим третьим телом. Взаимодействие этих сил создает точку равновесия, где может быть навечно «припаркован» условный космический корабль для проведения наблюдений. Предположим, у нас есть два очень больших объекта в космосе — Земля и Солнце.
У них есть гравитационное притяжение. И есть спутник — если мы запускаем его слишком близко к Солнцу, то постепенно гравитация притянет его к звезде, и он либо врежется в нее, либо выйдет на солнечную орбиту. Если к Земле, то спутник либо окажется на околоземной орбите, либо войдет в атмосферу нашей планеты и сгорит в ней. Точки Лагранжа — места в космосе, где гравитация двух объектов в нашем случае Солнца и Земли эффективно компенсирует друг друга. Это позволит спутнику оставаться именно в том месте, куда он был запущен. Какое-то время наш спутник, оказавшийся в этих точках, будет находиться внутри областей, но потом гравитация все-таки изменится и наше космическое тело полетит дальше. Это можно сравнить с кусочком мрамора, который мы аккуратно положили на вершину перевернутой чаши. Он там будет лежать, но один удар по столу — и мрамор скатится вниз. L4 и L5 являются стабильными. Даже если ваш спутник не идеально добрался до этих точек, гравитация в любом случае как бы подтолкнет его в такое положение, чтобы он оставался там навсегда.
На этот раз наш мраморный кусочек уже находится на дне чаши, быстро движущейся вправо, поэтому, даже если он не идеально отцентрирован, то переместится в правильное положение. Как можно использовать точки Лагранжа?
Расположение ближайших точек Лагранжа и примеры точек Диаграмма, показывающая положения точек Лагранжа В независимости от типа массивных небесных тел, точки Лагранжа всегда будут иметь одинаковое местоположение в пространстве между ними. Первая точка Лагранжа находится между двумя массивными объектами, ближе к тому, который имеет меньшую массу. Вторая точка Лагранжа находится за менее массивным телом. Третья точка Лагранжа находится на значительном расстоянии за телом, обладающим большей массой. Точное место расположения этих трех точек рассчитывается при помощи специальных математических формул индивидуально для каждой космической двойной системы, учитывая ее физические характеристики.
Если говорить о ближайших к нам точкам Лагранжа, то первая точка Лагранжа в системе Солнце-Земля будет находиться на расстоянии полтора миллиона километров от нашей планеты. В этой точке притяжение Солнца будет на два процента сильнее, чем на орбите нашей планеты, в то время как уменьшение необходимой центростремительной силы будет в два раза меньше. Оба этих эффекта в данной точке будут уравновешены гравитационным притяжением Земли. Первая точка Лагранжа в системе Земля-Солнце является удобным наблюдательным пунктом за главной звездой нашей планетарной системы — Солнцем. Именно здесь ученые-астрономы стремятся разместить космические обсерватории для наблюдения за этой звездой. Так, к примеру, в 1978 году вблизи этой точки расположился космический аппарат ISEE-3, предназначенный для наблюдения за Солнцем. Вторая и третья точки Лагранжа Гайя, телескоп, расположившийся во второй точке Лагранжа Вторая точка Лагранжа находится в двойной системе массивных объектов за телом, обладающим меньшей массой.
Из-за социально-экономических проблем 1990-х годов этот проект не был реализован, и первым отечественным аппаратом, достигшим точки Лагранжа L2, а теперь и совершившим её облёт, стал именно «Спектр-РГ». Лавочкина и ЦНИИМаш, и они с блеском решили эту задачу, подтвердив высокий класс школы отечественной баллистики. Они также постоянно отслеживают положение аппарата. Благодаря их труду всё идёт по плану», — говорит Михаил Павлинский, заместитель научного руководителя проекта «Спектр-РГ». Всего же за год будет получено два обзора неравномерность обзора связана с разной скоростью вращения аппарата при сканировании. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук.
Космические аппараты в точках Лагранжа системы Земля-Луна
Эта конкретная орбита была получена для поддержания стабильности телескопа и в то же время для получения преимуществ близкого расположения к точке Лагранжа L2. Ожидается, что аппарат выведут на гало-орбиту в район точки Лагранжа (точка L1) системы Солнце – Земля на расстоянии примерно в 1,5 миллиона километров от Земли. 16 апреля 2020 года астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ» стала первым отечественным космическим аппаратом, который облетел точку Лагранжа L2. Это так называемые точки Лагранжа L1 и L2, где космический аппарат может неподвижно висеть, не расходуя топлива.
Индии удалось скорректировать траекторию Aditya-L1
Какие преимущества дает размещение космических аппаратов в точках Лагранжа? В последнее время мы всё чаще слышим про космические аппараты, запускаемые в точки Лагранжа. Космический аппарат «Спектр-РГ» завершил этап перелета в окрестность внешней точки Лагранжа L2 системы «Солнце — Земля». что космический аппарат Aditya L1 начал осуществлять движение по направлению к расположенной в системе Солнце — Земля первой точке Лагранжа. ЛАГРАНЖА ТОЧКИ (точки либрации), точки в пространстве, в которых тело малой массы может находиться в относит. равновесии по отношению к двум др. небесным телам (в т. н.