Глава 2. Ракета летит к облакам.

Измерение скорости ракеты на 110-112с полёта

 

Немного об облаках

 

       В начале этой главы нам необходимо освежить наши знания об облаках. Дело в том, что они многое расскажут нам о полёте ракеты такого, о чём молчит НАСА. Вот что написано в [1] о типах облаков (перевод автора в сокращении) «семейства облаков делятся на три группы в соответствии с их высотой. Высокие облака от 13 до 5 км. Средние облака от 7 до 2 км. Низкие облака от 2км … (и ниже – А.П.)». Выше 12-13 км небо практически всегда чистое (илл.1), так как более высокие облака возникают очень редко, при особых обстоятельствах, которые в нашем случае не представляют интереса.

 

 

Илл.1. а) самолёты НАСА на высоте ~ 10км фиксируют прохождение облачного слоя челноком «Колумбия» (STS-2) http://grin.hq.nasa.gov/IMAGES/SMALL/GPN-2000-001359.jpg; б) другой вид из самолета, находящегося на высоте ~ 10-12 км,

 

 

      Об облачности в день старта А-11 расскажут и фотографии, и сводки НАСА. День выдался почти ясный (илл.2). Светило солнце, отбрасывая чёткие тени от людей и предметов. Но почти всё небо было затянуто белёсой дымкой более высокой облачности. Были отдельные облака и пониже.

   

Илл.2. а) вид на старт ракеты с наблюдательной башни космодрома http://www.hq.nasa.gov/alsj/a11/ap11-KSC-69PC-387.jpg , б) представители СМИ и другие приглашённые гости наблюдают за стартом «Аполлона-11». Расстояние примерно 5км. (журнал “Life” за август 1969 года)

 

 

      В сводке НАСА [2] приведены данные об облачности в день старта А-11 (перевод таблицы на русский язык – автора). В этот день в небе над космодромом были все три вида облаков. Самый низкий – кучевые облака на высоте 0,7км. Их было немного – около 10% от площади всего неба.  На высоте 4,5км находились высококучевые облака (40% по площади). И над ними - тонкий слой так называемых перисто-слоистых облаков. Они занимали практически весь небосвод (90%).  На илл.2 видно, что они тонкие и полупрозрачные, так как через них просвечивает голубизна неба. Так собственно и должно быть. Вот их типичная характеристика: «высота 6 - 8 км.  Просвечивают солнце, луна, иногда яркие звёзды, слабо просвечивает голубое  небо. Тонкая беловатая пелена, которая не размывает контуров солнечного или лунного дисков» [3].

 

 

Погода в день старта

 

 

Облачность

Apollo 11

Apollo 13

1-й уровень

 

 

% по площади неба

10%

40%

тип

кучевые

высококучевые

высота (км)

0,7

5,7

2-й уровень

 

 

% по площади неба

20%

100%

тип

высококучевые.

Перисто-слоистые

высота (км)

4,5

7,8

3-й уровень

 

 

% по площади неба

90%

 

тип

Перисто-слоистые

 

высота (км)

Не измерялась

~8-13км, см. текст)

 

       Именно этот верхний полупрозрачный и тонкий слой и будет интересовать нас. Потому что мы сможем использовать его как своеобразный оптический экран. Мы увидим ракету и в момент прохождения этого экрана и даже после (пусть и не так хорошо).

    К сожалению, в таблице НАСА не приведена высота верхнего слоя облаков. Но это поправимо, потому характерная высота  этих облаков (около 8км) известна по многим справочникам [1, 3-5]. И мы знаем, что выше 13 км этим облакам никак не забраться [2]. При последующих расчётах мы будем использовать два значения высоты верхнего облачного слоя.

     Первое ~ 8км примем как наиболее типичное. Правильность этого выбора подтверждают и данные по А-13, согласно которым такие же самые перисто-слоистые облака находились на высоте 7,8км.

       Второе ~ 13км возьмём согласно [2], как максимально возможное, зная, что выше этих 13 км облаков нет. После такого краткого обзора неба над космодромом вернёмся к ракете.

 

Интересный клип! Сверим часы!

 

       А. Кудрявец [6] обратил внимание на интересный видеоклип [7], показывающий старт ракеты А-11: « Видео замечательно тем, - пишет он, что старт Сатурна-5 показан одним кадром - с момента отрыва от стартового стола и до отделения первой ступени. В нём нет разрывов и склеек, поэтому есть возможность проследить начальный участок полёта ракеты». Всё, что ниже рассказано о ракете, пронзающей облака, в основных чертах, повторяет идеи и выводы А. Кудрявца. Автор лишь изложил их в едином стиле  в рамках данной книги.

Илл.3. Слева – момент зажигания (начало отсчёта времени длительности полёта), справа – на 101-ой секунде ракета приближается к третьему слою облаков. http://www.youtube.com/watch?v=LnF3O5ZOTnA

       Из всего клипа мы будем изучать лишь кадры, охватывающие промежуток от момента старта ракеты до эпизода прохождения ею высокого третьего слоя облаков. На илл.3 слева показан кадр «зажигание», то есть самое начало старта ракеты. Время с указанием часа, минут и секунд – это отметка времени  на клипе. Это время отсчитывается от какого-то другого события. Видимо, клип является отрывком из более пространного фильма. Эта временная отметка 1:01.02 в дальнейшем принята за начало отсчёта времени длительности полёта в секундах (то есть за 0с).

     

       Очень важное значение имеют показания не прерывающегося таймера, присутствующие на всех кадрах клипа. Соответствуют ли они реальному временному ходу полёта? А. Кудрявец пишет по этому поводу [8]: «зачем грешить на ролик и полагать, что он замедлен? Ведь его можно легко оценить по скорости подъёма Сатурна-5 на высоту башни обслуживания! Для сравнения были подобраны 7 других имеющихся роликов старта А-11». Список этих клипов (роликов) приведен по ссылке [9] с указанием времени подъёма на высоту башни, измеренного А. Кудрявцом.

       Среди этих роликов, как правило, не имеющих указания на авторство, по счастливой случайности попался и ролик, подписанный НАСА (илл.4), что снимает многие типичные вопросы защитников НАСА.

 

Илл.4. Заставка авторизованного видеоклипа НАСА http://video.yandex.ru/users/andrew-vk/view/14/, использованного среди других роликов для верификации темпа воспроизведения исследуемого клипа [7]

 

Результат сравнения оказался таким: по клипу с подписью НАСА -10с, по изучаемому нами клипу [7] – 9с. По документам НАСА [10] это время составляет около 9,5с. Так что совпадение по времени просто отличное и, как заключает А. Кудрявец, «не может быть и речи о намеренном замедлении темпа показа» изучаемого нами клипа. (Другие изученные ролики подтвердили этот вывод [9]).

      Если строгий читатель посмотрит изучаемый клип [7], то он увидит и другие, не столь строгие математически, но зато более наглядные свидетельства того, что этот клип и снят, и воспроизводится в одном и том же темпе. Для этого достаточно обратить на ходьбу и жестикуляцию многочисленных людей, попадающих в кадр по ходу клипа. Она абсолютна естественна.

     Таким образом, клип [7] – достаточно надёжный источник информации в том плане, что он и не замедлен, и не ускорен. Вот и воспользуемся им. На илл.5 показана картина прохождения ракетой слоя высокой облачности.

 

     

Ракета проходит через облака с сильным отставанием от графика полёта по высоте

 

Илл.5. Ракета пронзает высокий облачный слой

 

       На 101-ой секунде ракета приближается к высокому облачному слою. На 105-ой она проходит через него. Вокруг факела ракеты возникает широкая светящаяся область размером в две-три сотни метров. Это ореол света, рассеянного от факела частицами облачного слоя. На 110-ой секунде, когда ракета только что пронзила этот слой, отчётливо видна тень, которую отбрасывает ракета, загораживая солнечные лучи. В общем, всё видно, как на полупрозрачном и довольно тонком экране. Через пару секунд (112с) ракета прошла через облачный слой, проделав в нём дырку.  Он, как мы знаем, расположен на наиболее вероятной высоте 8км. Можно допустить и выше, но не более 13км.  Следовательно, в момент 105с ракета летит на высоте не более чем 8-13 км.

       А теперь обратимся к графику НАСА, изображающему набор высоты ракеты А-11 в соответствии с общей схемой полёта на Луну [10]. На илл.6а показан полный график от старта до выхода на орбиту. Автор книги заменил английский текст собственным переводом. Нас из этого графика интересует лишь первая сотня секунд полёта. Этот фрагмент выделен на илл.6а синей рамкой и показан на илл.6б в увеличенном масштабе.

Илл.6. Официальный график набора высоты ракеты (НАСА, APOLLO/SATURN V POSTFLIGHT TRAJECTORY - AS-506)

 

       Согласно графику (илл.6б) на 105 секунде полёта должна находиться на высоте 24км (красный цвет), т.е. значительно выше облаков всех видов, а она на самом деле только-только преодолела последний облачный слой и находится на высоте от 8 до 13км (зелёный цвет). Но, может быть, ещё не всё потеряно и ракета догонит своё расписание. Согласно официальному графику примерно на 162-й секунде ракета должна находиться на высоте 66км [10], где от неё должна отделиться отработавшая первая ступень. Чтобы «войти в график» к моменту отделения первой ступени ей за оставшиеся 57 секунд ракете нужно буквально подпрыгнуть в высоту на более чем 58 - 53 км. «Догнать такое отставание невозможно» - так сказал автору ветеран-ракетчик Н.В. Лебедев.

       Итак, ракета отстаёт по набору высоты относительно официального графика соответственно в 3 - 2 раза. Естественно этого не может быть без отставания ракеты по графику скорости полёта.

 

 

Скорость ракеты на 110-112 секундах в два раза меньше, чем положено по графику полёта

 

 

 

Илл.7. Увеличенные фрагменты из кадров (110с) и (112с)

 

       На илл.7 показаны увеличенные фрагменты из кадров (110с) и (112с). На них видна перемещающаяся по облакам тень от ракеты. Здесь указаны необходимые ниже обозначения:  l - длина тени ракеты и  L - расстояние от хвоста тени ракеты до центра дырки, проделанной в облаках.  Мы уже поняли выше, что верхний слой облачности оптически подобен тонкому полупрозрачному экрану. Можно к этому добавить, что экран это – довольно ровный. Если бы это было не так, то тень от ракеты в процессе убегания всё время значительно меняла бы свой размер. А этого нет.

       По скорости убегания тени ракеты на плоском экране облачного слоя можно определить скорость ракеты. Какой бы ни был угол освещения солнца и угол подъёма  ракеты, если они неизменны, то смещение ракеты на один корпус отвечает  смещению тени корпуса на одну свою длину. Это утверждение иллюстрирует схема илл.8.

 

 

 

Илл.8. Пояснение к методу измерения скорости ракеты по убегающей тени на облаках

 

      

       Поясним, как собственно происходит процесс измерения скорости. Измерения начинаем, «поймав» на клипе момент, когда и тень от ракеты полностью оформилась, и расстояние её от дырки достаточно чётко просматривается. Это примерно соответствует кадру (110с) илл.7. «Примерно» - потому что с этого момента точность таймера клипа (1с) перестаёт нас удовлетворять и этот момент (только для этих измерений) принимаем за новое начало отсчёта времени. С этого момента анализ будет идти по счёту отдельных кадров. Скорость показа клипа составляет 30 кадров за секунду (илл.2), так что длительность каждого отдельного кадра равна 0,0333с.

       Измеряем длину тени ракеты l.  Конечно, тень несколько «играет» на  неровностях облачного слоя. Границы её не резки. Однако усреднение по нескольким положениям тени позволяет достаточно точно определить l = 39мм (на экране компьютера). Далее, измеряем на экране компьютера расстояние L в мм на различных кадрах, наносим их на график в виде экспериментальных точек и проводим по ним усредняющую прямую линию изменения расстояния тени ракеты от центра дырки в облаке.

       Из графика видно, что удаётся проследить за перемещением тени в течение 70 кадров или 2,33с. За это время тень смещается на 90 мм, что в 2,3 раза больше её длины l. Значит и ракета за это время переместилась на расстояние s = 2,3 от длины её корпуса. Длина корпуса ракеты известна – 110м. Отсюда s = 253м. Делим пройденный ракетой путь на 2,33с и получаем значение скорости ракеты на 110-112-й секунде её полёта -  Vизм =  110 м/с. Погрешность измерения составляет ±5% (см. Приложение). Следовательно:

Vизм =  (110 ± 5 ) м/с    на 110-112с полёта

 

Для сравнения обратимся вновь к официальным документам НАСА [10, Table B-1]. Согласно им ракета в рассматриваемый момент должна лететь со скоростью 220 м/с. Таким образом, на 110-112-й секунде полёта ракета летит в 2 раза медленнее, чем ей положено по официальному графику.

 

        Итак, в первые 100-110с после старта ракета летит с отставанием от официального графика НАСА в 3-2 раза по набору высоты. Также установлено, что в момент 110-112с полёта ракета летит в 2 раза медленнее, чем положено по графику.

       У нас есть ещё одна возможность экспериментально измерить скорость ракеты – примерно на 162-163-й секунде полёта, за 2-3с до того, как от ракеты отделяется первая ступень. И мы должны её использовать, потому что вслед за этими секундами кинохроника НАСА о полёте ракеты довольно быстро заканчивается. Об этом следующая глава.

 

Ссылки:

 

1. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/118577/cirrostratus

2. http://history.nasa.gov/SP-4029/Apollo_18-15_Launch_Weather.htm

3. http://meteoweb.ru/cl004-1-2.php

4. http://www.igras.ru/index.php?r=192&id=6926

5. http://www.thefreedictionary.com/cirrostratus

6. А. Кудрявец. Видеоразоблачения лунных миссий НАСА  http://andrew-vk.narod.ru/public/Moon_hoax/Vid.htm см. также http://edgeways.ru/consilium/forum/read.php?21,314215,328502#msg-328502

7. Apollo 11 Launch http://www.youtube.com/watch?v=LnF3O5ZOTnA  см. также http://video.yandex.ru/users/andrew-vk/view/15/

8. http://edgeways.ru/consilium/forum/read.php?21,314215,328502#msg-328502

9. а) http://www.youtube.com/watch?v=vl-401aRFSE - 10 секунд

б) http://www.youtube.com/watch?v=Y70SgYPIBGY - 10 секунд
в) http://www.youtube.com/watch?v=0Z5t84Ktt_k - 12 секунд
г) http://www.youtube.com/watch?v=WGHAJNLcClk - 10 секунд
д) http://www.youtube.com/watch?v=24v8zRaXLiY - 9 секунд
е) http://www.youtube.com/watch?v=V5QkqAmm2EY - 9 секунд
ж) атрибутированный ролик НАСА: http://video.yandex.ru/users/andrew-vk/view/14/ - 10 секунд
з) ролик по ссылке [5], исследуемый в этой главе - 9 секунд
10. APOLLO/SATURN V POSTFLIGHT TRAJECTORY - AS-506
    9,5с - TABLE B-1 смотреть две колонки цифр слева "TIME SEC" и "XE M". Первая - отсчёт времени, вторая - высота подъёма, график илл.6 см. fig.3-2, команда на отделение первой ступени происходит на высоте 66км (по Table 3-III) и 66,7км (по Table 3-IV)  в момент времени (162,3с по Table 3-I и по Table 3-IV)

 

 

 

Приложение. Определение погрешности измерения величины V.

 

Определим погрешность измеренной величины Vизм. Расстояние L., судя по графику илл.8, определяется достаточно надёжно, потому что ошибки отдельных измерений хорошо усредняются графиком в виде прямой линии.  Время мы измеряем подсчётом кадров, так что события внутри промежутка времени длительности одного кадра для нас неразличимы. Общая длительность изученного на илл.8 отрезка времени – 70 кадров. Следовательно, погрешность определения времени равна 1/70 или 1,3% (по сумме и в «+», и в «-»)  Вторым источником погрешности является определение длины тени l,. Вот шесть значений l, измеренные в интервале времени между 110-й и 112-й секундами (в мм на экране компьютера): 40, 38, 39, 39, 35 и 43. По ним выходит среднее значение l = (39±1,5) мм с относительной погрешностью ±4%. Итак, выявлены два источника погрешности - ±0,65%. и  ±4%. Относительные погрешности, как известно, складываются. Таким образом, общая погрешность измерения скорости составляет ±4,65%  ≈ ±5%

 

 

 

Последняя редакция 15.05.2011

 

 

 

Назад

Содержание

Вперед