Самые скоростные космические аппараты Земли. Инфографика сравнение со скоростью света

Скорости космических аппаратов землян - пишем научную фантастику

В декабре 2024 случилось историческое достижение - космический зонд Паркер, который кружит вокруг Солнца, достиг максимальной скорости в истории человечества. Только вдумайтесь - он достиг скорости почти 700 000 км/ч. Это почти 200 тыс. м в секунду, то есть 200 км в сек. Для сравнения он пролетает расстояние от Москвы до Питера за 4 секунды! 

И хотя это всё еще сильно меньше скорости света (300 тыс. км в секунду или почти 1 млрд. км/ч), эта скорость потрясает. Напомню, что диаметр Земли всего 13 тыс. км.

И хотя обывателю очень трудно представить подобные скорости, я решил сделать инфографику скоростных достижений земных космических аппаратов за всю историю нашей космонавтики.

Но сначала расскажу об истоках этой статьи. Зачем я вообще её написал и как я дошёл до заголовка этой статьи.

Зачем вообще писателю разбираться в этом? Даже если вы не пишите научную фантастику, понимание подобных простых физических явлений обогатит вашу историю, создавая не только образ достоверного повествования, но и погружая читателя в пучину невероятных явлений природы и космоса.

Ниже я расскажу о всех достижениях космической индустрии Земли, все самые быстрые наши зонды и межпланетные станции (космических кораблей пока нет). А также про один необычный объект, который запустили американцы в космос ещё до советского спутника - говорят, что именно он стал на самом деле первым спутником Земли.

Прежде чем продолжить порекламирую книгу, которую сейчас пишу - "Белая Вселенная": https://author.today/reader/528680 . В ней космический зонд "Вояджер-3", управляемый командой квантовых искусственных интеллектов, стартует с Земли на скорости 200 тыс. км/ч, делает гравитационные манёвры около Юпитера и Сатурна и достигает своей максимальной скорости 1 млн. км/ч после микрочерной дыры МЧД-1 на 15 а.е. Кстати, вот предыдущая версия обложки:

В помощь писателям я подробно разложил понятие и возможности гравитационных маневров - мне это было нужно и самому, чтобы разобраться в этой теме. Также в самом конце я расскажу о технических аспектах в моей книге по этим скоростям, в том числе почему моя скорость 1 млн. км/ч нельзя сравнивать со скоростью Паркера на орбите Солнца. Может вы уже знаете не заглядывая в конец? Поделитесь в комментариях. В целом мой пост и о том, что писателям научной космической фантастики полезно разбираться и в таких вещах.

Скорости космических аппаратов в космосе

На моей инфографике вы видите не пропорциональную шкалу скоростей, а примерную. Поэтому первые не особо скоростные зонды имеют серую полоску, более скоростные - зеленую. А оранжевым я выделил скорости "Вояджера-3" - героя моего романа "Белая Вселенная" - две полоски, первая это старт с Земли и вторая после гравитационного маневра у черной дыры.

Международная Космическая Станция МКС была запущена в 1998 году и вращается по орбите вокруг Земли на высоте 408 км со скоростью 28 000 км/ч, ее масса достигает 419 тонн. На инфографике вы видите первую строчку - это желтая полосочка, которая показывает на какой скорости летают гражданские лайнеры. Далее первая серая полоска и есть МКС.

Аполлон-10: американский пилотируемый космический корабль совершил 18 - 26 мая 1969 года полёт к Луне. Он установил рекорд скорости пилотируемого космического корабля: 39 893,68 км/ч. Это произошло 26 мая 1969 во время обратного полёта.

"Улисс": межпланетный космический автоматический аппарат, совместный проект НАСА и ЕКА, был запущен в 1990 году (полезная нагрузка всего 55 кг) и выведен из строя спустя 19 лет в 2009. Он достиг скорости 40 700 км/ч. В основном он изучал Солнце, а также кометы. Чтобы достичь желаемой орбиты вокруг Солнца, он сделал гравитационный маневр вокруг Юпитера.

"Stardust space probe": роботизированный космический зонд был запущен в 1999 года. Масса 385 кг. Достиг максимальной скорости 46 400 км/ч. Закончил свою миссию в 2011 году. Его основной задачей был сбор образцов с кометы Wild 2, а также образцов космической пыли и возврат их на Землю для анализа. Это была первая миссия подобного рода, завершившаяся успешно.

Знаменитый "Вояджер 2" достиг скорости 55 200 км/ч и его собрат Вояджер 1 - 61 500 км/ч, самые быстрые искусственные объекты ушедшие в дальний космос.

"Новые горизонты": американская автоматическая межпланетная станция. Запущена в 2006 году, срок эксплуатации 30 лет. Развила скорость 58 580 км/ч. Зонд совершил один гравитационный манёвр у Юпитера, что добавило аппарату около 4 км/с (около 14 400 км/ч). Без этого ускорения полет к Плутону занял бы на 3 года больше. "Новые горизонты" стала первым в истории космическим аппаратом, исследовавшим с близкого расстояния систему Плутона и астероид Аррокот в поясе Койпера, а также пятой станцией, развившей третью космическую скорость и покидающую Солнечную систему. 

"Пионер-10": космический зонд НАСА, предназначенный главным образом для изучения Юпитера и гелиосферы. «Пионер-10» стал первым космическим аппаратом, совершившим пролёт вблизи Юпитера и сфотографировавшим планету, а также первым аппаратом, развившим достаточную скорость для преодоления силы притяжения Солнца (третью космическую скорость). Он развил максимальную скорость 132 000 км/ч за счет маневров у Юпитера. Запущен в 1972 г. Последний контакт с «Пионером-10» состоялся в 2003 года, предполагается, что он до сих пор летит в дальний космос. Аппарат также содержал "межзвездное письмо" от человечества. После встречи с Юпитером аппарат ушел в глубокий космос по гиперболической кривой в направлении звезды Альдебаран (которой он достигнет примерно через 2 миллиона лет).

"Галилео": американский роботизированный космический аппарат, изучавший планету Юпитер и его спутники. Аппарат включал орбитальную станцию и атмосферный зонд. Масса аппарата 1880 кг и еще 340 кг зонд. Он развил максимальную скорость 174 000 км/ч. Запущен в 1989 года, прибыл к Юпитеру 1995 года, используя гравитационный маневр у Венеры и стал первым космическим кораблем, вышедшим на орбиту внешней планеты. Галилео был намеренно уничтожен в атмосфере Юпитера 21 сентября 2003 года. От старта до достижения скорости прошло 6 лет.

В отличие от «Пионеров» и «Новых горизонтов», которые пролетали мимо Юпитера «транзитом», миссия «Галилео» была гораздо сложнее. Из-за недостаточной мощности ракеты-носителя (после катастрофы «Челленджера» правила безопасности запретили использовать мощную ступень «Центавр» в шаттле), аппарату пришлось кружить по внутренней Солнечной системе, чтобы набрать скорость. Этот маршрут ученые прозвали VEEGA (Venus-Earth-Earth Gravity Assist).

Итого аппарат совершил у планет 3 маневра (Венера + 2 раза Земля). И у спутников Юпитера - более 30 сближений, которые технически являлись гравитационными маневрами для коррекции орбиты внутри системы Юпитера.

"Гелиос 1" и "Гелиос 2" представляют собой пару зондов запущенных в 1976 г. и 1974 г. и совместно Немецким аэрокосмическим центром DLR и НАСА. Проект «Гелиос» установил рекорд максимальной скорости космического корабля - 252 792 км/ч (и 238 000 км/ч второй аппарат). Гелиос 2 совершил самый близкий к Солнцу облет из всех космических кораблей до этого времени. Зонды были деактивированы в 1985, но по состоянию на 2023 год остаются на эллиптических орбитах вокруг Солнца.

Оба аппарата не совершали гравитационных маневров. Вы спросите почему тогда их скорсоть так высока? Важно понимать, что эта скорость была достигнута за счет падения в глубокую «гравитационную яму» Солнца. То есть приближаясь к Солнцу они ускорялись благодаря его гравитации.

Правда ли что американцы запустили первый искусственный спутник Земли?

Самый необычный объект списка не является аппаратом. Это "Manhole Cover Plumbbob" (или просто 900 кг стальной диск). В 1956 году проводились подземные ядерные испытания в рамках проекта Plumbbob. Однако мощность взрыва оказалась в 50 000 раз большей, чем ожидалось, в результате чего образовалась огненная струя, которая взлетела на сотни футов в небо. 900-килограммовый стальной пластинчатый колпак (кусок броневой плиты) был приварен к скважине, чтобы сдержать ядерный взрыв. Взрыв прошел прямо вверх по испытательной шахте, выпустив крышку в атмосферу со скоростью около 240 000 км/ч. Пластина так и не была найдена. Ученые полагают, что нагрев при сжатии вызвал испарение шапки при ее прохождении через атмосферу. Многие однако считают, что диск все таки вышел на орбиту и стал первым искусственным спутником земли еще до запуска его СССР.

На инфографике этот объект выделен неоновой полоской.

Космический зонд НАСА "Юнона", вращающийся вокруг планеты Юпитер. Запущен в 2011 г. После завершения своей миссии Юнона будет намеренно выведена с орбиты в атмосферу Юпитера. Максимально развитая им скорость составляет 265 500 км/ч. Миссия Юноны заключается в изучении состава Юпитера, гравитационных и магнитных полей, он также ищет подсказки о формировании планеты, определит наличие каменного ядра, количество воды, присутствующей в глубоких слоях атмосферы. Путь до Юпитера от Земли составил 5 лет. На 2018 год она уже совершила 37 витков вокруг Юпитера, и миссия была продлена до 2025 г., чтобы сделать еще 42 витка на орбите, совершив также близкие пролеты мимо спутников Юпитера Ганимеда, Европы и Ио. Миссия стоила бюджету США всего 1,5 млрд. долларов.

"Parker Solar Probe": это еще один солнечный зонд, запущенный в 2018 году. Он будет двигаться при максимальном приближении к Солнцу на самой большой скорости - 690 000 км/ч (достигается на время прохода вблизи Солнца). Масса аппарата 555 кг. Миссия рассчитана на 7 лет. На аппарате была установлена памятная доска, содержащая имена более 1,1 миллиона человек (в том числе автора данного блога: любой мог отправить своё имя в НАСА). Орбита аппарата составит всего 7,2 миллиона километров от Солнца (предыдущий рекорд был 42 млн. км). Эта миссия также обошлась бюджету США в 1,5 млрд. долларов. Аппарат успешно достиг максимальной скорости, побив все рекорды на сегодня.

В моей инфографике у него коричневая полоска.

А после неё идет красная полоска - это скорость света. Она разумеется не влезает в эту инфографику и уходит далеко за её пределы. Потому что даже скорость моего зонда "Вояджера-3" это всего 0,1 % от скорости света, то есть 1 млрд. км/ч.

Немного науки в научно-фантастическом романе "Белая Вселенная": почему я выбрал такие скорости?

Итак, как я уже написал выше, в моей книге "Вояджер-3" стартовал с Земли со скоростью около 200 тыс. км/ч (на самом деле больше, с этой скоростью он долетел до Юпитера, а там падение скорости из-за влияния Солнца, но точный расчет я сделаю позже). Много это или мало? Или наоборот скажет любитель популярной космо фантастики - ПОЧЕМУ ТАК МАЛО!

Напомню, что у меня время действия 2037 год (старт миссии). Это не так уж и далеко, а поэтому значительного рывка в создании двигателей нового поколения не будет. Даже эта скорость превышает современные возможности. Но посмотрев на мою инфографику, вы увидите, что "Вояджер-3" не достигает даже скорости "Гелиоса-1". Как так, что старый земной аппарат летит на скорости 238 тыс. км/ч.? Все очень просто: Гелиос летит к направлению Солнца, а Вояджер от Солнца. На все в нашей солнечной системе действует Солнце своей гравитацией - и все корабли, которые улетают от него, оно тормозит. Именно поэтому скорость зонда падала по мере его приближения к Юпитеру. А получив около Юпитера еще дополнительные около 50 тыс. км/ч, до Сатурна его скорость все равно упала! И тут расчеты не обманывают - без гравитационного маневра у Юпитера - скорость упала бы ещё больше.

Совершив второй гравитационный маневр у Сатурна, который добавил на самом деле не так уж и много скорости (delta V), "Вояджер-3" отправляется к цели своего путешествия - микрочерной дыре, которую обнаружили ученые в Солнечной системе. Чтобы сделать около нее еще один гравитационный маневр, который подробно описывается у меня в романе.

Посмотрев на две предпоследние строчки в моей инфографике вы увидите, что скорость Parker Solar Probe отличается от скорости моего супер-зонаж "Вояджера-3" не так уж и сильно: 700 тыс. км/ч против моих 1 млн. км/ч. И это совершенно корректно. Потому что всё в рамках науки и научной фантастики! 

Дело в том, что своей коллосальной скорости Parker Solar Probe добился благодаря тому, что упал в гравитационный колодец Солнца и разогнался за счет того, что был на очень близкой орбите. Если Parker Solar Probe попробует вырваться с неё и захочет улететь в глубокий космос - то он потеряет всю свою скорость и будет двигаться намного медленее чем старые Вояджеры. Вот такая наука! Такая научная фантастика.

Если вам интересна астрофизика, космология, космические явления, научная фантастика и космчисекие приключения с экшеном и интересными героями, а не просто пиу-пиу, то читайте мой роман "Белая Вселенная".