Космическая загадка: почему МКС постоянно находится на орбите и не падает на Землю

Международная космическая станция (МКС) вращается вокруг нашей планеты на высоте примерно 400 км над поверхностью Земли. Хотя орбитальная станция кажется находится всегда на одной высоте, но это не так. На самом деле МКС постоянно падает, хотя она не снижается настолько сильно, чтобы продолжать свое вращение на орбите и не сгореть в атмосфере Земли. Причина этого кроется в обычной физике. Все сводится к орбитальной скорости МКС, ее высоте над Землей и скорости, с которой она падает под действием гравитации нашей планеты, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Почему МКС постоянно находится на орбите и не падает на Землю?

Физика, которая лежит в основе того, что МКС постоянно удерживается на орбите и не падает на Землю, берет свои истоки в открытии отца гравитации Исаака Ньютона. Любой объект, который сначала находится неподвижно над землей, а затем падает, делает это под влиянием силы гравитации, которая тянет этот объект вниз. Но когда бросить такой объект, то у него появляется горизонтальное движение, которое конкурирует с гравитацией. Поэтому объект не сразу упадет на землю, а будет падать по кривой линии.

Исаак Ньютон для объяснения силы гравитации использовал аналогию с летящим горизонтально пушечным ядром, которое падает по кривой линии на землю. Размер и форма этой кривой зависят от скорости пушечного ядра и величины сопротивления воздуха. Чем больше скорость пушечного ядра ​​и чем ниже сопротивление воздуха, тем большее расстояние пролетит ядро и тем меньше будет угол кривой, по которой ядро приближается к земле.

Ньютон предположил, что если бы пушечное ядро ​​было выпущено горизонтально с достаточно высокой горы, где воздух разрежен, и с достаточной скоростью, то кривая падения пушечного ядра вниз под действием силы гравитации соответствовала бы кривизне Земли. Сила, действующая на объект таким образом, чтобы он во время падения следовал изогнутой траектории полета, называется центростремительной силой, и она всегда направлена ​​к центру кривизны.

Что заставляет МКС постоянно находиться на орбите? Это баланс между центростремительной силой, направленной к центру Земли, и силой земной гравитации, которая постоянно заставляет МКС подвергаться гравитационному ускорению по ее изогнутой траектории движения.

Этот баланс достигается с помощью сочетания высоты орбиты МКС, которая составляет примерно 400 км и ее орбитальной скорости. МКС движется со скоростью 7,6 км/с и это та скорость, которая позволяет космической станции на данной высоте продолжать следовать траектории движения, которая соответствует кривизне Земли. Если бы МКС находилась на меньшей высоте, ей пришлось бы двигаться быстрее, чтобы не упасть в атмосферу Земли и не сгореть в ней.

МКС приходится постоянно поддерживать свою орбиту

Но МКС не может постоянно сама по себе вращаться вокруг нашей планеты на заданной орбите и не падать. Дело в том, что даже на высоте 400 км МКС все еще находится в атмосфере Земли, хотя и в очень разреженной ее части, известной как термосфера. Это слой атмосферы с очень низкой плотностью, но атмосферных молекул достаточно для того, чтобы создать нужное сопротивление и замедлить движение МКС. Поэтому космическая станция замедляется примерно на 5 см в секунду и это приводит к тому, что она снижается каждый день примерно на 100 метров.

Примерно раз в месяц МКС включает свои двигатели, чтобы вернуться на исходную орбиту. Если этого не делать, то станция просто упадет на Землю и сгорит в атмосфере.

Когда МКС все же упадет на Землю и почему?

Стоит сказать, что это все же произойдет через несколько лет. Дело в том, что МКС работает уже более 25 лет и ее основные компоненты значительно изношены. Это значит, что работу станции нужно прекратить и вывести ее из эксплуатации путем спуска в нижние слои атмосферы, где она и сгорит.

Из-за того, что МКС имеет огромный размер (109 метров в длину и 73 метра в ширину) ее спуск должен быть контролируемым. Согласно текущему плану NASA, МКС будет спущена с орбиты в атмосферу Земли в 2031 году. В 2030 году к станции, которую уже оставят астронавты, полетит специальный космический корабль, выступающий в качестве буксира, и состыкуется с МКС. В течение примерно года или чуть больше МКС сама по себе должна снизиться на высоту примерно 220 км над поверхностью Земли. Затем космический корабль запустит свои двигатели и снизит МКС до высоты сначала 150 км, а затем до 80 км. Таким образом МКС окажется в слое атмосферы под названием мезосфера.

Именно в мезосфере должна сгореть МКС, хотя скорее всего не все ее части сгорят, а потому упадут на нашу планету. Но это падение не будет представлять никакой угрозы для людей и инфраструктуры. МКС упадет на Землю над отдаленным участком Тихого океана и ее обломки опустятся на дно.

Фокус уже писал о том, что произошло с американскими флагами на Луне, которые оставили астронавты программы "Аполлон. NASA готовится к очередной высадке астронавтов на Луну в 2027 году и, возможно, астронавты установят там уже седьмой по счету флаг США.

Также Фокус писал о том, что обнаружена звезда, которая находится ближе всего к черной дыре. Астрономы предполагают, что странное поведение далекой черной дыры можно объяснить наличием самого близкого известного объекта к горизонту событий черной дыры.