ТОЧКИ ЛАГРАНЖА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОГРАВИТАЦИИ

LAGRANGE POINTS FOR MICROGRAVITY RESEARCH

Maxim Arevkov

Assistant, department of launch and technical missile systems, Amur State University, Russia, Blagoveshchensk.

Ruslan Buzikov

Engineer, Amur State University, Russia, Blagoveshchensk.

Alexander Voronkov

Engineer, Amur State University, Russia, Blagoveshchensk

Аннотация. Выращивание белковых кристаллов, исследование роста и развития высших растений, изучение корреляции между изменением генетических свойств, продуктивности рекомбинантных штаммов, изучение влияния микрогравитации на растворимость фосфатов кальция в воде и многие другие эксперименты необходимо проводить в условиях микрогравитации.

Для обеспечения необходимого уровня микрогравитации предлагается использовать точки Лагранжа (точки либрации).

Abstract. The cultivation of protein crystals, the study of the growth and development of higher plants, the research of the correlation between changes in genetic properties, the productivity of recombinant strains, the research of the effect of microgravity on the solubility of calcium phosphates in water and many other experiments must be carried out in microgravity.

To ensure the necessary level of microgravity, it is proposed to use Lagrange points (libration points).

Ключевые слова: микрогравитация; точки Лагранжа; космический аппарат; точки либрации.

Keywords: microgravity; Lagrange points; spacecraft; libration points.

Для любых двух массивных тел, вращающихся вокруг своего центра масс, существует пять точек, где сила, действующая на третье небольшое тело, равна нулю. Эти точки называются точками Лагранжа или точки либрации.

В 1767 голу Л. Эйлер обнаружил первые три коллинеарные точки L₁, L₂ и L₃. Через пять лет, в 1772 году Ж. Лагранж указал на существование еще двух точек L₄ и L₅. Три точки на прямой (L₁, L₂ и L₃) называются коллинеарными точками, а две другие (L₄ и L₅) треугольными точками, поскольку они образуют третью вершину равностороннего треугольника.

Рисунок 1. Точки Лагранжа

Наиболее интересными точками являются точки L₄ и L₅ – стабильные области точек Лагранжа. Если космический аппарат попадет в точки L₁, L₂ и L₃, то через некоторое время орбиты изменятся и область микрогравитации также изменится, поэтому космическому аппарату также придется совершать различные маневры, чтобы остаться в этой области.

Точки L₁, L₂ и L₃ можно сравнить с размещением мяча на вершине холма. Пока мяч находиться на вершине холма, он будет оставаться неподвижным. Однако даже малейшее движение в одну сторону приведет к тому, что мяч соскользнет с холма либо в сторону большего тела, либо в сторону малого тела, в зависимости от направления начального смещения.

L₄ и L₅ условно стабильны. Эти точки можно сравнить с мячом, находящимся в углублении на вершине холма. Если скорость мяча слишком велика, то он будет двигаться из углубления вниз по склону холма, но если скорость мала, то он останется в углублении.

Рисунок 2. Точки Лагранжа и эквипотенциальные поверхности системы двух тел (с учётом центробежного потенциала)

В системе Солнце – Земля точка L₁ идеально подходит для размещения обсерватории для наблюдения за Солнцем. Космическая обсерватория никогда не будет попадать в тень Земли или Луны, соответственно, наблюдение можно вести без перерыва.

Точка L₂ в системе Солнце – Земля может быть идеальной для установки в ней космического телескопа. В этой точке Земля практически всегда заслоняет космический аппарат от солнечного света.

Точка L₃ в системе Солнце – Земля может быть использована для наблюдения за Солнцем.

Все космические аппараты находящихся в точках L₁, L₂ и L₃, должны расходовать топливо, чтобы удержаться на соответствующих орбитах.

Так как L₄ и L₅ условно стабильны, то для достижения нужного уровня микрогравитации рационально будет использоваться эти точки.

Микрогравитация – это состояние, при котором ускорение, вызванное гравитацией, очень мало, а гравитационная сила постоянна. Чтобы достичь такого состояния, необходимо вывести космический аппарат в точки Лагранжа L₄ и L₅.

Помешать возникновению микрогравитации могут два типа факторов.

К первому типу факторов можно отнести возмущение орбиты космического аппарата из-за влияния небесных тел, неоднородность гравитационного поля, и другие.

Ко второму типу факторов относят вибрации космического аппарата (солнечные панели, радиоантенны), функционирование бортовой системы (системы ориентации, вентиляции, двигатели …).

Первый тип факторов можно исключить, разместив космический аппарат в точках L₄ и L₅. Вторую группу факторов можно исключить, убрав движущие конструкции, топливо и разместив целевую аппаратуру космического аппарата в центре масс.

Были рассмотрены все точки Лагранжа в системе Солнце – Земля, в каких целях эти точки можно использовать и были выбраны оптимальные точки Лагранжа для исследования микрогравитации.