Как МКС облетает Землю

Орбита МКС в реальных цифрах

Международная космическая станция не «летает» в привычном смысле: она находится в постоянном свободном падении вокруг Земли и движется так быстро, что никогда не достигает поверхности. Чтобы понять её траекторию, нужно знать четыре величины: скорость, высоту, период обращения и наклонение орбиты. Все они связаны между собой и точно определяют путь, который вы видите на нашей карте в реальном времени и на 3D-глобусе.

Скорость, высота и период обращения

МКС движется по орбите со скоростью около 27 600 км/ч (17 150 миль/ч) — этого достаточно, чтобы совершать полный оборот вокруг планеты каждые 90-93 минуты. Получается примерно 16 полных витков в сутки: экипаж видит восход и закат каждые полтора часа, около 16 раз за земные сутки.

Средняя высота станции — около 400 км над поверхностью, но это не постоянная величина: она естественным образом колеблется примерно от 400 до 420 км в зависимости от того, когда проводилась последняя коррекция орбиты (об этом ниже). На такой высоте станция всё ещё находится в земной экзосфере, где остатки атмосферы достаточно плотные, чтобы создавать минимальное, но постоянное трение.

Такое сочетание скорости и высоты не случайно: это именно та скорость, при которой кривизна траектории падения МКС совпадает с кривизной Земли. Будь она быстрее, станция ушла бы на более высокую орбиту; будь медленнее — опустилась бы в плотные слои атмосферы.

Почему орбита наклонена на 51,6 градуса?

Орбита МКС не проходит вдоль экватора: она наклонена к нему на 51,6°. Эта цифра не произвольна. Станцию во многом собирают и снабжают с космодрома Байконур в Казахстане, расположенного на 45,9° северной широты. По соображениям безопасности ракеты, стартующие оттуда, на первых этапах выведения не должны пролетать над территорией других стран, а это требует такого азимута запуска, при котором минимальное наклонение орбиты составляет 51,6°.

У этого наклонения есть прямое и хорошо заметное следствие: оно определяет, между какими широтами станцию можно увидеть. МКС регулярно пролетает над территорией между 51,6° северной и 51,6° южной широты — в этой полосе живёт практически всё население Земли, но в неё не попадают крайний север Скандинавии, Аляска или Антарктида.

Почему траектория на карте похожа на волну

Если вы когда-нибудь смотрели на 2D-карту на нашем сайте, то наверняка заметили, что маршрут МКС — это не прямая и не простая кривая: он похож на синусоиду, которая поднимается и опускается между 51,6° северной и южной широты, смещаясь на восток.

Объяснение — в сочетании двух независимых движений. Плоскость орбиты МКС остаётся практически неподвижной относительно звёзд, пока станция движется в ней, а Земля тем временем вращается внизу в собственном темпе (около 1 670 км/ч на экваторе). Если спроецировать эту неподвижную орбиту на плоскую карту вращающейся поверхности, каждый виток окажется смещён к западу относительно предыдущего. Если нарисовать несколько витков подряд, получится именно этот волнообразный рисунок — «ground track», или наземная трасса МКС.

На нашем 3D-глобусе этот эффект заметен ещё лучше: там видно неподвижную в пространстве плоскость орбиты, под которой в реальном времени вращается планета.

Что такое коррекция орбиты и зачем она нужна

Хотя на высоте 400 км воздух чрезвычайно разрежен, это не идеальный вакуум. Остаточная атмосфера создаёт минимальное, но постоянное трение о конструкцию МКС, которое действует как мягкий непрерывный тормоз. В результате станция постепенно теряет высоту: от нескольких сотен метров до двух километров в месяц в зависимости от солнечной активности (когда Солнце активнее, верхние слои атмосферы расширяются и торможение усиливается).

Чтобы это компенсировать, периодически проводят коррекцию (подъём) орбиты: двигатели пристыкованного корабля (российского «Прогресса», «Сигнуса» или собственные двигатели модуля «Звезда») включаются на несколько минут, чтобы снова поднять станцию на целевую высоту. Эти манёвры при необходимости служат и для уклонения от космического мусора и объясняют, почему точная высота МКС слегка меняется от недели к неделе.

Частые вопросы

Почему МКС не падает?

В строгом физическом смысле падает: она находится в постоянном свободном падении. Но её горизонтальная скорость в 27 600 км/ч настолько велика, что кривая её падения совпадает с кривизной земной поверхности, поэтому станция никогда не приближается к земле. Это и есть орбитальный полёт.

Почему траектория на карте похожа на волну?

Потому что плоскость орбиты неподвижна в пространстве, а Земля под ней вращается. Каждый виток проецируется со смещением к западу относительно предыдущего, и если соединить несколько витков подряд на плоской карте, визуально получится синусоида.

Орбита всегда одна и та же?

Нет. Высота естественным образом меняется из-за трения об остаточную атмосферу и периодически корректируется двигателями пристыкованных кораблей. А вот наклонение 51,6° остаётся стабильным.

Насколько она быстрее самолёта?

При скорости 27 600 км/ч МКС летит более чем в 30 раз быстрее пассажирского лайнера на крейсерской скорости (около 900 км/ч). С такой скоростью она преодолевает марафонскую дистанцию меньше чем за 5 секунд.