Lesen Sie die Theorie der Raumfahrt. Levantovsky V.I. Mechanik der Raumfahrt in einer einfachen Darstellung. Zukünftige Weltraumforschung
Die Arbeit wurde von einer Schülerin der Klasse 7B Lyudmila Vlasova abgeschlossen.
Die Theorie der Raumfahrt enthält eine Sammlung von Übersetzungen und Darstellungen klassischer Werke zu diesem Thema, hauptsächlich von ausländischen Autoren und einigen Russen. Eine Untersuchung von Arbeiten zum Problem der interplanetaren Kommunikation zeigt, dass in verschiedenen Ländern verschiedene Menschen unabhängig voneinander zu dem gleichen Schluss kamen, dass interplanetare Kommunikation möglich ist, ihre praktische Umsetzung jedoch immer noch mit einer Reihe technischer und finanzieller Schwierigkeiten konfrontiert ist. Diese Schwierigkeiten müssen jedoch in Zukunft überwunden werden, und der Mensch wird endlich den Panzer der Atmosphäre und der Schwerkraft der Erde durchbrechen, der seinen Flug behindert, und wird in den geheimnisvollen interplanetaren Raum entführt, der viele neue Eindrücke und Entdeckungen verspricht!
Die erste Schwierigkeit, auf die wir stoßen, besteht darin, dass es zwischen den Sternen keine Atmosphäre gibt und es daher unmöglich ist, ein Flugzeug für Flüge im Weltraum zu verwenden, für die es als Unterstützung notwendig ist. Physiologische Schwierigkeiten werden später besprochen. Beschränken wir unsere Überlegungen nun auf die Frage, ob unsere Kenntnisse der Mechanik es uns erlauben, die Möglichkeit der Existenz eines Motors zuzulassen, der, ohne jegliche äußere Unterstützung, den Apparat bewegen könnte. Obwohl dies für jemanden, der sich nicht mit diesem Thema befasst hat, seltsam erscheinen mag, deuten die aktuellen Erkenntnisse der Wissenschaftler darauf hin, dass es einen solchen Motor schon seit langem gibt – es handelt sich um eine Rakete. Es wird oft gesagt, dass sich eine Rakete aufgrund der Reaktion „auf Luft“ bewegt. Der erste Teil dieser Aussage ist wahr, aber der zweite Teil ist „aus heiterem Himmel“ falsch. Die Rakete bewegt sich im Weltraum genauso gut und sogar besser als in der Luft.
Nachdem der Treibstoff aufgebraucht ist, beginnt die Rakete mit einer bestimmten Geschwindigkeit v 1, die sich aus der Eigengeschwindigkeit der Rakete v 1 und der Tangentialgeschwindigkeit w, die die Rakete aufgrund der Erdrotation erhielt, zusammensetzt, frei im Weltraum zu fliegen der Wind. Dabei ist zu beachten, dass beim Flug der Rakete in der Erdatmosphäre der Luftwiderstand die Freifluggeschwindigkeit der Rakete verringert, dieser Rückgang ist jedoch in großen Höhen und nach Berechnung des Wissenschaftlers Herbert Oberth bei einer Geschwindigkeit unbedeutend v1 = 1000 m/s. beträgt nur 69 m/s und bei v1 = 10.000 m/s nur 2,2 m/s*, was vernachlässigt werden kann. Im Fall einer elliptischen Umlaufbahn hat diese Gleichung zwei Wurzeln, eine für uns (im Erdinneren) imaginäre oder darunter) ist das andere real und definiert den höchsten Aufstiegspunkt. Die Rakete wird nicht zum Startpunkt zurückfallen. Dies geschieht aufgrund 1) des Einflusses des Windes, 2) der Erdrotation und 3) der Flugbedingungen der Rakete
Zweck des Geräts: Untersuchung der Höhe, Zusammensetzung und Temperatur der Erdatmosphäre, Bestimmung des Luftwiderstandsgesetzes in verschiedenen Höhen und Geschwindigkeiten sowie Untersuchung der Funktionsweise der Rakete selbst. Der Apparat besteht aus zwei Raketen: der oberen, inneren - Wasserstoff (H.R.) und der unteren, gleichzeitig äußeren - Alkohol (A.R.). Die Länge des Apparates beträgt 5 Meter, Breite 55,6 cm, Gewicht 544 kg, davon 6,9 kg sind H R. Darüber hinaus ist auch eine Hilfsrakete vorgesehen. Die Frage des Raketenmaterials ist noch nicht abschließend geklärt. Sein Material arbeitet dank innerem Überdruck unter Spannung
1.Oberts Vorversuche sollten darin bestehen, die Funktion der Düse und des Zerstäubers zu testen; beim Testen des Flüssigkeitsflusses aus kleinen Löchern usw.). 2. Die Hilfsrakete soll die oben beschriebene Verbundrakete von einer Höhe von 5550 m auf 7750 m heben und der Hauptrakete (A.R.) nach Verbrauch ihres Treibstoffs eine Anfangsgeschwindigkeit von 500 m/s verleihen. Sein Gewicht mit Kraftstoff beträgt 220 kg, die Betriebszeit beträgt 8 s; Dadurch erhält A.R. eine Beschleunigung von 100 m/s2. Mit seinen Schlitzen (b) wird er in die A.R.-Stabilisatoren eingeführt und seine Sauerstoffflasche (a) wird in die A.R.-Düse eingesetzt. Zur Festigkeit ist der A.R. außen mit Ringen verstärkt, die gleichzeitig mit dem Fall des A.R. abfallen Hilfsrakete. In Abb. In Abb. 54 zeigt schematisch die relative Position aller drei Raketen: Wasserstoff (gepunktete Linie), Alkohol (durchgezogene Linien) und Hilfsraketen (schattiert). 3. Je größer die gesamte Rakete ist, desto größer ist der Pumpwert P 1,2.
Im Allgemeinen kann ein Mensch einer vom Kopf auf die Füße gerichteten stärkeren Beschleunigungswirkung standhalten als in der Gegenrichtung. In Rückenlage oder tangential kann es einer noch größeren Wirkung standhalten. Der Beschleunigungseffekt bei Kreisbewegungen kann unangenehm sein, bei leichten Höhen und Tiefen sogar noch unangenehmer. Im Gegenteil, schnelles Bremsen hat eine schwächere Wirkung. Aufgrund dieser und weiterer Überlegungen hält Oberth es für wahrscheinlich, dass ein Mensch den Auswirkungen einer Beschleunigung von etwa 51,2 m/s2 für 200–400 Sekunden standhalten könnte. Eine abgeschwächte Beschleunigung verursacht keine körperlichen Schäden. Und beim Fliegen einer Rakete mit Passagieren schlägt Oberth vor, die Rakete nicht vertikal, also entlang des Erdradius, sondern schräg entlang einer Kurve zu schicken, die er „Synergie“ nennt. In diesem Fall ist es möglich, die Beschleunigung beim Start zu erhöhen, da der Einfluss der Erdbeschleunigung durch den nahezu parallel zur Erdoberfläche verlaufenden Flug nahezu lahmgelegt wird.
§ 1. Merkmale menschlicher Flugbahnen
§ 2. Direktflug Erde – Mond – Erde (die erste Version der Mondexpedition)
§ 3. Treffen im Weltraum und Installation des Schiffes (zweite Version der Mondexpedition)
§ 4. Trennung und Annäherung in der Mondumlaufbahn (dritte Option der Mondexpedition)
§ 5. Expeditionen im Rahmen des Apollo-Programms
§ 6. Mondtransportraumsystem
§ 7. Mondfrachtschiffe mit geringem Schub
§ 8. Zirkumlunare Orbitalstation
§ 9. Aussichten für die Nutzung des Mondes
Teil vier
INTERPLANETARE FLÜGE
§ 1. Hauptmerkmale des interplanetaren Fluges
§ 2. Bewegung im Wirkungsbereich der Erde
§ 3. Heliozentrische Bewegung außerhalb des Einflussbereichs der Erde
§ 4. Homan- und Parabelflüge
§ 5. Bewegung im Wirkungsbereich des Zielplaneten
§ 6. Interplanetares Störungsmanöver
§ 7. Künstliche Satelliten von Planeten
§ 8. Störungen interplanetarer Flugbahnen
§ 9. Korrektur interplanetarer Flugbahnen
§ 1. Flugbahnen zum Erreichen der Planeten
§ 2. Flüge zu den Umlaufbahnen künstlicher Planetensatelliten
§ 3. Sonnensegel
§ 4. Entwicklung von Raumfahrzeugen mit Triebwerken mit geringem Schub
§ 1. Einzelpulsbahnen künstlicher Planeten
§ 2. Flüge außerhalb der Ekliptikebene
§ 3. Drehung der Orbitalebene mithilfe eines solarelektrischen Antriebssystems
§ 4. Doppelpulsbahnen künstlicher Planeten
§ 5. Übergang durch die Unendlichkeit
§ 6. Einen künstlichen Planeten zum Befreiungspunkt bringen
§ 7. Wissenschaftliche Bedeutung künstlicher Planeten
§ 1. Flugbahnen im Falle eines vereinfachten Modells der Planetenbahnen
§ 2. Einfluss von Exzentrizität und Neigung der Marsbahn
§ 3. Geografische Bedingungen für den Start zum Mars
§ 4. Landung auf dem Mars
§ 5. Künstliche Satelliten des Mars
§ 6. Flüge zu den Satelliten des Mars – Phobos und Deimos
§ 7. Flug um den Mars mit Rückkehr zur Erde
§ 8. Automatische Stationen erforschen den Mars
§ 9. Ergebnisse der Marsforschung
§ 1. Erreichen der Venus
§ 2. Landung und künstlicher Satellit der Venus
§ 3. Vorbeiflug an der Venus
§ 4. Automatische Stationen erforschen die Venus
§ 5. Ergebnisse der Venusforschung
§ 1. Merkur erreichen
§ 2. Landung und künstlicher Satellit von Merkur
§ 3. Flug zum Merkur während eines Vorbeiflugs an der Venus
§ 4. Flug mit einem solarelektrischen Motor
§ 5. Ergebnisse der Quecksilberforschung
§ 1. Planeten, die sich völlig von unseren unterscheiden
§ 2. Direktflüge
§ 3. Flüge zu Jupiter und Saturn über terrestrische Planeten
§ 4. Störungsmanöver in den Wirkungsbereichen der Planeten der Jupitergruppe
§ 5. Durch Jupiter – zur Sonne und weg von der Ekliptikebene
§ 6. Künstlicher Satellit des Jupiter
§ 7. Künstliche Satelliten anderer Planeten der Jupitergruppe
§ 8. Landungen auf natürlichen Satelliten
§ 9. Untersuchung der Atmosphären der Jupiterplaneten. Landung auf Pluto
§ 10. Flüge mit geringem Schub
§ 11. Studien über Jupiter und Saturn
§ 12. Ergebnisse der Forschung in den Systemen Jupiter und Saturn
§ 1. Vorbeiflug eines Asteroiden
§ 2. Treffen mit einem Asteroiden
§ 3. Eintritt in die Umlaufbahn um einen Asteroiden
§ 4. Landung auf einem Asteroiden und Rückkehr zur Erde
§ 1. Impulsflüge
§ 2. Flüge mit geringem Schub
§ 3. Operationen in der Nähe des Kometenkerns
§ 1. Sie werden nur aufgeschoben
§ 2. Merkmale interplanetarer Expeditionen
§ 3. Abstieg zur Erde nach der Rückkehr von einer Expedition
§ 4. Bemannte Nonstop-Flüge von Planeten
§ 5. Expeditionen mit Zwischenstopps bei direkten symmetrischen Flügen
§ 6. Expeditionen mit Rückflugbahnen, die asymmetrisch zu den Ankunftsflugbahnen sind
§ 7. Operationen auf planetennahen Umlaufbahnen, Flugbahnen und Oberflächen
§ 8. Expeditionen zu Asteroiden
§ 9. Einsatz von Schiffen mit geringer Schubkraft
§ 10. Ein wenig über die Zukunft
Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky wurde am 5. September (17) 1857 im Dorf Izhevskoye in der Provinz Rjasan in der Familie eines Försters geboren. Aufgrund einer Krankheit konnte er nicht in der Schule lernen und war gezwungen, alleine zu lernen. Nachdem er den größten Teil des Kurses in der einzigen freien Bibliothek Moskaus alleine gemeistert hatte, bestand er die Prüfung für den Titel eines Lehrers an öffentlichen Schulen und erhielt eine Stelle als Lehrer an der Bezirksschule Borovsky. Später wurde er als Lehrer nach Kaluga versetzt, wo er sein gesamtes zukünftiges Leben verbrachte. In seiner Freizeit studierte Tsiolkovsky Naturwissenschaften. Für sein Werk „Mechanik des tierischen Organismus“ wurde er zum ordentlichen Mitglied der Russischen Physikochemischen Gesellschaft gewählt. Nach der Revolution erfreuten sich seine Werke großer Beliebtheit, galten als innovativ und begeisterten die Gemüter seiner Zeitgenossen. In den Jahren 1926–1929 beschäftigte sich Tsiolkovsky mit praktischen Fragen der Raumfahrt. Zu dieser Zeit entstehen die gewagtesten und sogar fantastischsten Ideen, die in Zukunft wahr werden sollen. Tsiolkovsky berechnete die optimale Höhe für den Flug um die Erde, verteidigte die Idee der Vielfalt der Lebensformen im Universum, erfand das erste Fahrwerk mit Rädern, entwickelte die Prinzipien des Luftkissenfahrzeugantriebs und schrieb über die zukünftige Entdeckung des Lasers und sagte das Eindringen der Mathematik in alle Bereiche der Wissenschaft voraus. Ziolkowski starb am 19. September 1935.
Aufgrund seiner zahlreichen und wissenschaftlich zweifelhaften philosophischen Werke könnte Tsiolkovsky als großer Träumer und Exzentriker aus dem Weltraum bezeichnet werden, wenn da nicht ein „aber“ wäre: Konstantin Eduardovich ist der erste Ideologe und Theoretiker der menschlichen Weltraumforschung. Tsiolkovsky träumte immer vom Weltraum und versuchte, seine Träume theoretisch und sogar praktisch zu untermauern. Die ersten Gedanken über den Einsatz von Raketen für den Flug ins All wurden von Wissenschaftlern bereits 1883 geäußert, doch eine kohärente mathematische Theorie des Strahlantriebs sollte erst dreizehn Jahre später auftauchen.
Im Jahr 1903 veröffentlichte er in der fünften Ausgabe der Zeitschrift Scientific Review einen Teil des Artikels „Erforschung von Welträumen mit Jet-Instrumenten“, der jedoch, wie viele von Tsiolkovskys Entdeckungen und Werken, zu weit von der Realität des modernen Lebens entfernt war. In diesem Artikel präsentierte der Wissenschaftler jedoch mathematische Berechnungen und begründete die tatsächliche Möglichkeit des Einsatzes von Raketen für interplanetare Reisen. Tsiolkovsky beschränkte sich nicht darauf, das Mittel des menschlichen Eindringens in den Weltraum – die Rakete – aufzuzeigen, sondern gab auch eine detaillierte Beschreibung des Triebwerks. Viele Theorien von Konstantin Eduardovich können als prophetisch bezeichnet werden, beispielsweise über die Wahl eines flüssigen Zweikomponentenbrennstoffs und die Möglichkeit der Nutzung anderer Brennstoffarten, insbesondere der Energie des Atomzerfalls. Tsiolkovsky brachte die damals revolutionäre Idee der Schaffung elektrischer Strahltriebwerke vor und schrieb in seiner charakteristischen Art: „Vielleicht wird es mit der Zeit möglich sein, den Teilchen mit Hilfe der Elektrizität eine enorme Geschwindigkeit zu verleihen.“ aus dem Strahlgerät ausgeworfen.“
Seine Ideen zur regenerativen Kühlung der Brennkammer und Triebwerksdüse mit Treibstoffkomponenten, keramischer Isolierung von Strukturelementen, getrennter Lagerung und Förderung von Treibstoff in die Brennkammer, optimalen Sinkflugbahnen eines Raumfahrzeugs bei der Rückkehr aus dem Weltraum werden heute erfolgreich eingesetzt.
Der Wissenschaftler verband aktiv Theorie und Praxis und versuchte, Möglichkeiten zu finden, alles, was ihm vorschwebte, tatsächlich umzusetzen. Tsiolkovsky begründete wissenschaftlich die Probleme, die mit dem Raketenflug in den Weltraum verbunden sind. So untersuchte er beispielsweise detailliert alles, was mit der Rakete zu tun hatte: die Bewegungsgesetze, ihr Design, Steuerungsfragen, Tests, die Sicherstellung des zuverlässigen Betriebs aller Systeme, die Schaffung akzeptabler Flugbedingungen und sogar die Auswahl einer psychologisch verträglichen Besatzung.
Es ist merkwürdig, dass Tsiolkovsky praktisch ohne Instrumente die optimale Höhe für einen Flug um die Erde berechnete – eine Reichweite von dreihundert bis achthundert Kilometern über dem Planeten. In diesen Höhen finden moderne Raumflüge statt. Tsiolkovsky leitete eine später nach ihm benannte Formel ab, mit der sich die Geschwindigkeit eines Flugzeugs unter dem Einfluss des Schubs eines Raketentriebwerks bestimmen lässt. Gleichzeitig gelang es dem Wissenschaftler, eine Antwort auf eine wichtige praktische Frage zu erhalten: Wie viel Treibstoff muss in die Rakete eingefüllt werden, um die erforderliche Startgeschwindigkeit von der Erde zu erreichen und den Planeten sicher zu verlassen? Das Ergebnis der Berechnung war wie folgt: Damit eine Rakete mit Besatzung eine Startgeschwindigkeit entwickeln und zu einem interplanetaren Flug aufbrechen kann, muss hundertmal mehr Treibstoff aufgenommen werden als das Gewicht des Raketenkörpers und des Triebwerks , Mechanismen, Instrumente und Passagiere kombiniert. Aber wie kann man so viel Treibstoff in ein Schiff unterbringen? Der Wissenschaftler fand eine originelle Lösung – einen Raketenzug, der aus mehreren miteinander verbundenen Raketen besteht. Die Frontrakete enthält eine bestimmte Menge an Treibstoff, Passagieren und Ausrüstung. Dann arbeiten die Raketen abwechselnd und beschleunigen den gesamten interplanetaren Zug. Sobald der Treibstoff einer Rakete vollständig ausgebrannt ist, wird sie abgeworfen: Dadurch werden die leeren Tanks entfernt und das Schiff wird leichter. Dann beginnt die zweite Rakete zu arbeiten, dann die dritte usw. Basierend auf Tsiolkovskys Formel wurde eine wichtige Schlussfolgerung gezogen, dass die Fähigkeiten der Rakete in erster Linie von den Eigenschaften des Triebwerks und der Perfektion des Raketendesigns bestimmt werden.
Tsiolkovsky hinterließ ein reiches wissenschaftliches Erbe. Nicht alle seiner Ideen sind für die Wissenschaft von großem Wert, dennoch war der Wissenschaftler der Erste, der sich mit vielen Fragen befasste. Seine Ansichten scheinen auch jetzt noch ein wenig fantastisch zu sein. Es ist erstaunlich, wie genau der Wissenschaftler die Zukunft vorhergesagt hat. Damit übernahm er die Führung bei der Untersuchung der Frage eines künstlichen Erdsatelliten und seiner Rolle für die Volkswirtschaft. Er äußerte die Idee, von künftigen Generationen erdnahe Stationen als künstliche Siedlungen zu errichten, die die Energie der Sonne nutzen und als Zwischenbasen für die interplanetare Kommunikation dienen würden. Diese Idee interplanetarer Stationen war das wichtigste Mittel zur Verwirklichung des gehegten Traums – der menschlichen Erforschung des zirkumsolaren Raums und der Schaffung „ätherischer Siedlungen“ in der Zukunft.
Einer der Erfinder des ersten Satelliten gab einmal zu, dass er damals, im Jahr 1957, nicht sofort erkannte, was für eine große Tat vollbracht worden war. Und zur Begründung verwies er auf den Dichter V. Bryusov, der sagte, dass „großartige Ereignisse für die unmittelbar Beteiligten kaum wahrnehmbar sind: Jeder sieht nur ein Detail vor Augen, die Lautstärke des Ganzen entzieht sich der Beobachtung. Daher wahrscheinlich viele.“ Die Menschen merken irgendwie nicht, dass die Menschheit in das „Zeitalter der Wunder“ eingetreten ist.
Wir betreten gerade erst das vierte Jahrzehnt des Weltraumzeitalters, aber wir sind bereits an Wunder wie Satellitensysteme zur Kommunikation und Wetterbeobachtung, Navigation und Hilfe für Menschen in Not an Land und auf See gewöhnt, die die gesamte Erde bedeckt haben. Als etwas völlig Gewöhnliches hören wir Berichte über die monatelange Arbeit von Menschen im Orbit, wir wundern uns nicht über die Fußabdrücke auf dem Mond, aus nächster Nähe aufgenommene Fotos entfernter Planeten oder den erstmals gezeigten Kometenkern Raumfahrzeug.
In einer sehr kurzen historischen Periode ist die Raumfahrt zu einem festen Bestandteil unseres Lebens geworden, zu einem treuen Helfer in Wirtschaftsangelegenheiten und beim Wissen über die Welt um uns herum. Und es besteht kein Zweifel, dass die weitere Entwicklung der irdischen Zivilisation nicht ohne die Entwicklung des gesamten erdnahen Raums auskommen kann.
Viele Wissenschaftler sehen beispielsweise einen Ausweg aus der drohenden Umweltkrise in der Nutzung der Ressourcen des nahegelegenen Weltraums. „Es ist klar, dass das Weltraumpotenzial kein Allheilmittel für alle Übel ist“, schreibt K. Erike, ein prominenter Experte auf dem Gebiet der Raumfahrt. „Der vorgeschlagene Weg ist einfach eine der effektivsten Möglichkeiten im Arsenal, die uns heute zur Verfügung stehen.“ das Überleben der Menschheit als moderne Gesellschaft zu gewährleisten. Dies ist auch zum Zweck der kontinuierlichen Weiterentwicklung unserer Gesellschaft unter Wahrung der Natur der Erde notwendig, die in dem Gebiet, das sich über viele Lichtjahre um uns herum erstreckt, einzigartig ist.“
Die Erforschung des Weltraums – dieser „Provinz der gesamten Menschheit“ – schreitet immer schneller voran. Wenn wir auf das bereits Erreichte zurückblicken, können wir versuchen, die ungefähren Termine für die nächsten Nutzungsschritte unseres neuen Lebensraums festzulegen. Es ist viel riskanter, langfristige Prognosen zu erstellen. Aber auch solche Versuche sind bekannt. Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften JI. Leskov beispielsweise blickt auf ein ganzes Jahrtausend.
Nach Ansicht des Wissenschaftlers wird in den verbleibenden Jahren bis zum nächsten Jahrhundert zunächst die Pilotproduktion und dann die Massenproduktion verbesserter Materialien im Weltraum organisiert. Praktisch unbegrenzte Energiemöglichkeiten sowie tiefes Vakuum und Schwerelosigkeit locken vor allem Industrielle in den Weltraum. Allerdings sind einzigartige technologische Bedingungen nicht der einzige Grund für die vorgeschlagene Verlagerung einer Reihe von Unternehmen und möglicherweise ganzer Industriezweige, beispielsweise der Chemie-, Metallurgie- und Nuklearindustrie ...
Unser Planet ist bereits so stark mit Industrieabfällen überlastet, dass eine weitere Ausbreitung katastrophaler Folgen für die gesamte Biosphäre droht. Und die Rohstoffreserven der Erde sind nicht so groß, dass wir in Frieden leben können, ohne uns Sorgen um die Zukunft machen zu müssen. Daher kommen immer mehr Experten zu dem Schluss, dass eine umfassende Industrialisierung des erdnahen Weltraums unausweichlich ist. Die Weltraumwissenschaft und -technologie bereitet sich darauf vor, indem sie weiterhin untersucht, wie verschiedene technologische Prozesse im Orbit ablaufen, und gleichzeitig Projekte für ihre Energieversorgung erstellt.
Andere Experten prognostizieren die Entwicklung der Raumfahrt für den gleichen Zeitraum und achten dabei auf verschiedene Richtungen. Der Präsident der International Academy of Astronautics, J. Muller, weist beispielsweise auf die bevorstehende weitverbreitete Nutzung der Satellitenkommunikation für umfassende Informationsdienste für Menschen auf der ganzen Welt hin. Zu ihm gesellt sich der sowjetische Akademiker V. Avduevsky. „Die Verbindung der Weltraumtechnologie mit der Mikroelektronik“, stellt er fest, „ermöglicht es uns, in naher Zukunft über die Organisation eines globalen Kommunikationssystems mit Teilnehmern zu sprechen, die nicht an irgendwelche Bodenknoten „gebunden“ sind. Das heißt, über die Schaffung.“ eines einzigen Informationsfeldes, in dem jeder zu jeder Zeit und an jedem Ort der Welt mitmachen kann. Das bedeutet, dass sich die Lebensweise von Millionen und Abermillionen von Menschen radikal verändern wird. Jeder, der auf der Erde lebt, wird Zugang zu den Reichtümern der Weltkultur haben - von den Beständen der größten Buchdepots der Welt, den Sälen der Eremitage und des Louvre, die Sie jederzeit „besuchen“ können, bis hin zu den Film- und Musikbibliotheken jeder öffentlichen oder privaten Sammlung. Der Slogan wird zu einem Realität: Hochschulbildung für alle, die sie erhalten möchten. Ganz zu schweigen von der Möglichkeit, Referenzdaten zu erhalten und eine Betriebsbesprechung abzuhalten ...“
Um zur nächsten Stufe der Weltraumforschung zu gelangen, ist nach Ansicht von L. Leskov die Schaffung neuer, effizienterer Fahrzeuge erforderlich: Luft- und Raumfahrtflugzeuge, bemannte und automatische Raumfahrzeuge, wiederverwendbare Trägerraketen, interorbitale Schlepper mit schwerer Tragfähigkeit ...
In den 20er bis 50er Jahren des 21. Jahrhunderts werden riesige Solarreflektoren und Solar-Weltraumkraftwerke im Orbit auftauchen, und danach wird die Zeit für die industrielle Entwicklung des Mondes kommen. Dann arbeitet der Wissenschaftler nicht jahrzehntelang, sondern jahrhundertelang. Zu den folgenden Phasen zählen die Schaffung großräumiger Strukturen im Weltraum, die Nutzung außerirdischer Materie mit ihrer Lieferung auf die Erde sowie die Entwicklung und Transformation der Natur von Mars und Venus.
Was kommt als nächstes? Und vor allem: Was passiert mit Menschen, die sich für immer von ihrem Planeten getrennt haben? Einer der führenden Experten auf dem Gebiet der Weltraummedizin und -biologie, Akademiker O. Gazenko, betrachtet zwei Szenarien der Weltraumbesiedlung: innerhalb des Sonnensystems und außerhalb seiner Grenzen. Wenn es, so glaubt der Wissenschaftler, gelingt, im Weltraum einen Lebensraum zu schaffen, der dem auf der Erde möglichst nahe kommt, wird die Entwicklung der ständigen Bewohner „ätherischer Siedlungen“ offenbar genauso ablaufen wie auf der Erde. Zwar besteht die Möglichkeit, dass es unter dem Einfluss der kosmischen Strahlung zu zufälligen erblichen Veränderungen beim Menschen kommt und der weitere Verlauf der Evolution unvorhersehbar wird. Dies kann natürlich nur dann geschehen, wenn bis dahin keine zuverlässigen Schutzmaßnahmen gefunden wurden.
Der Wissenschaftler lässt auch eine solche Option zu, wenn der Hauptfaktor, der die langfristige Entwicklung des Menschen bestimmt, nicht Strahlung, sondern Schwerelosigkeit sein wird. Dann werden die Menschen, die nach und nach einige der ihnen durch die Schwerkraft „auferlegten“ physiologischen Eigenschaften verlieren, anders – vielleicht ähnlich den „unkörperlichen“ Charakteren in den Gemälden des spanischen Künstlers El Greco.
Wenn sich die Menschheit nicht auf die Eroberung des Sonnensystems beschränkt und über dessen Grenzen hinausgeht, dann, so glaubt der Akademiker, werden die endlosen Weiten der Galaxie nach Hunderten von Generationen von einzelnen Kolonien intelligenter Wesen bewohnt sein, die sich deutlich von beiden unterscheiden uns und voneinander.
Aber wird sich ein Mensch an solch ungewöhnliche Lebensbedingungen anpassen? Dies ist, was K. Tsiolkovsky sagte: „...Gegenwärtig streben die fortgeschrittenen Schichten der Menschheit danach, ihr Leben immer mehr in künstliche Rahmen zu integrieren, und darin besteht der Fortschritt nicht? Der Kampf gegen schlechtes Wetter, hoch und niedrig.“ Temperaturen, Schwerkraft“, bei Tieren, bei schädlichen Insekten und Bakterien, schafft nicht schon jetzt eine rein künstliche Umgebung um den Menschen? Im ätherischen Raum wird diese Künstlichkeit nur an ihre äußersten Grenzen stoßen, der Mensch hingegen schon in den Bedingungen sein, die für ihn am günstigsten sind.
Aber schauen wir nicht so weit. Kehren wir zu den Prognosen für die nicht allzu ferne Zukunft zurück. Natürlich sind sich ihre Autoren bewusst, dass die von ihnen vorgeschlagenen chronologischen Schemata sehr ungefähr sind. Daher versuchen sie nicht, konkrete Fristen für die Umsetzung bestimmter Projekte zu nennen, sondern legen ihr Hauptaugenmerk auf deren technische Beschreibung. Wir werden in unserer Geschichte über die Aussichten für außerirdische Aktivitäten unserer Zivilisation an demselben Prinzip festhalten.
Dieses Buch richtet sich an junge Menschen, „an diejenigen, die lesen, um zu bauen“ – so wandte sich Yu. Kondratyuk an seine Leser. Jahre werden vergehen, und diejenigen, die jetzt diese Seiten umblättern, werden beginnen, die Träume von heute wahr werden zu lassen. Genau: „read to build“!
Einführung.Die Menschheit hat schon immer davon geträumt, ins All zu reisen. Schriftsteller – Science-Fiction-Autoren, Wissenschaftler, Träumer – schlugen verschiedene Mittel vor, um dieses Ziel zu erreichen. Doch seit vielen Jahrhunderten ist es keinem einzigen Wissenschaftler oder Science-Fiction-Autor gelungen, das einzige dem Menschen zur Verfügung stehende Mittel zu erfinden, mit dem man die Schwerkraft überwinden und in den Weltraum fliegen kann. Beispielsweise erreichte der Held der im 17. Jahrhundert verfassten Geschichte des französischen Schriftstellers Cyrano de Bergerac den Mond, indem er einen starken Magneten über den Eisenkarren warf, in dem er sich befand. Angezogen vom Magneten stieg die Kutsche immer höher über die Erde, bis sie den Mond erreichte; Baron Münchhausen sagte, er sei entlang einer Bohnenstange zum Mond geklettert.
Zum ersten Mal wurden die Träume und Sehnsüchte vieler Menschen durch den russischen Wissenschaftler Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski (1857-1935) der Realität näher gebracht, der zeigte, dass das einzige Gerät, das die Schwerkraft überwinden kann, eine Rakete ist, die er erstmals vorstellte wissenschaftlicher Beweis für die Möglichkeit des Einsatzes einer Rakete für Flüge in den Weltraum, über die Erdatmosphäre hinaus und zu anderen Planeten des Sonnensystems. Tsoilkovsky nannte eine Rakete ein Gerät mit einem Strahltriebwerk, das den Treibstoff und das Oxidationsmittel nutzt.
Ein Strahltriebwerk ist ein Triebwerk, das die chemische Energie des Treibstoffs in die kinetische Energie eines Gasstrahls umwandeln und dadurch Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung erreichen kann.
Auf welchen Prinzipien und physikalischen Gesetzen basiert der Betrieb eines Strahltriebwerks?
Wie Sie aus einem Physikkurs wissen, wird ein Schuss aus einer Waffe von einem Rückstoß begleitet. Nach den Newtonschen Gesetzen würden eine Kugel und eine Waffe bei gleicher Masse in unterschiedliche Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit fliegen. Die ausgestoßene Gasmasse erzeugt eine Reaktionskraft, dank der die Bewegung sowohl in der Luft als auch im luftleeren Raum gewährleistet werden kann und somit ein Rückstoß auftritt. Je größer die Rückstoßkraft ist, die unsere Schulter spürt, desto größer ist die Masse und Geschwindigkeit der austretenden Gase, und je stärker die Reaktion der Waffe ist, desto größer ist die Reaktionskraft. Diese Phänomene werden durch den Impulserhaltungssatz erklärt:
- die vektorielle (geometrische) Summe der Impulse der Körper, aus denen ein geschlossenes System besteht, bleibt für alle Bewegungen und Wechselwirkungen der Körper des Systems konstant.
Die maximale Geschwindigkeit, die eine Rakete entwickeln kann, wird nach der Ziolkowski-Formel berechnet:
, Wo
v max – maximale Raketengeschwindigkeit,
v 0 – Anfangsgeschwindigkeit,
v r – Geschwindigkeit des Gasstroms aus der Düse,
m – anfängliche Kraftstoffmasse,
M ist die Masse der leeren Rakete.
Die vorgestellte Tsiolkovsky-Formel ist die Grundlage, auf der die gesamte Berechnung moderner Raketen basiert. Die Tsiolkovsky-Zahl ist das Verhältnis der Treibstoffmasse zur Masse der Rakete am Ende des Triebwerksbetriebs – zum Gewicht der leeren Rakete.
So haben wir herausgefunden, dass die maximal erreichbare Geschwindigkeit der Rakete in erster Linie von der Geschwindigkeit des Gasstroms aus der Düse abhängt. Und die Strömungsgeschwindigkeit der Düsengase wiederum hängt von der Art des Brennstoffs und der Temperatur des Gasstrahls ab. Das heißt, je höher die Temperatur, desto höher die Geschwindigkeit. Dann müssen Sie für eine echte Rakete den Treibstoff mit dem höchsten Kaloriengehalt auswählen, der die größte Wärmemenge erzeugt. Die Formel zeigt, dass die Geschwindigkeit der Rakete unter anderem von der Anfangs- und Endmasse der Rakete abhängt, davon, welcher Teil ihres Gewichts Treibstoff ist und welcher Teil unbrauchbar ist (im Hinblick auf die Fluggeschwindigkeit). Strukturen: Körper, Mechanismen usw. d.
Die wichtigste Schlussfolgerung aus dieser Tsiolkovsky-Formel zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Weltraumrakete ist, dass sich die Rakete im luftleeren Raum umso mehr entwickelt, je größer die Geschwindigkeit, je größer die Geschwindigkeit des Gasaustritts und je größer die Tsiolkovsky-Zahl ist.
Das Gerät einer ballistischen Rakete.
Stellen wir uns ganz allgemein eine moderne Ultralangstreckenrakete vor.
Eine solche Rakete muss mehrstufig sein. In seinem Kopf befindet sich die Kampfladung, dahinter befinden sich Steuergeräte, Panzer und ein Motor. Das Startgewicht der Rakete übersteigt das Gewicht der Nutzlast je nach Treibstoff um das 100- bis 200-fache! So sollte eine echte Rakete mehrere hundert Tonnen wiegen und in ihrer Länge mindestens die Höhe eines zehnstöckigen Gebäudes erreichen. An das Design der Rakete werden eine Reihe von Anforderungen gestellt. So ist es beispielsweise erforderlich, dass die Schubkraft durch den Schwerpunkt der Rakete verläuft. Die Rakete kann vom vorgesehenen Kurs abweichen oder sogar zu rotieren beginnen, wenn die vorgegebenen Bedingungen nicht erfüllt sind.
Abb.1 Interner Aufbau der Rakete.
Mit den Rudern können Sie den richtigen Kurs wiederherstellen. In verdünnter Luft funktionieren Gasruder, die die Richtung des von Tsiolkovsky vorgeschlagenen Gasstrahls ablenken. Aerodynamische Ruder funktionieren, wenn eine Rakete in dichter Luft fliegt.
Moderne ballistische Raketen werden hauptsächlich mit Triebwerken betrieben, die flüssigen Treibstoff verwenden. Als Treibstoff werden üblicherweise Kerosin, Alkohol, Hydrazin und Anilin verwendet, als Oxidationsmittel werden Salpeter- und Perchlorsäure, flüssiger Sauerstoff und Wasserstoffperoxid verwendet. Die aktivsten Oxidationsmittel sind Fluor und flüssiges Ozon, sie werden jedoch aufgrund ihrer extremen Explosivität selten verwendet.
Der Motor ist das wichtigste Element der Rakete. Das wichtigste Element des Motors ist die Brennkammer und die Düse. In Brennkammern aufgrund der Tatsache, dass die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs 2500–3500 erreicht UM C müssen besonders hitzebeständige Materialien und aufwändige Kühlmethoden eingesetzt werden. Herkömmliche Materialien können solchen Temperaturen nicht standhalten.
Auch die restlichen Einheiten sind sehr komplex. Beispielsweise waren die Pumpen, die den Düsen der Brennkammer Oxidationsmittel und Treibstoff zuführen müssen, bereits in der V-2-Rakete, einer der ersten, in der Lage, 125 kg Treibstoff pro Sekunde zu pumpen.
Teilweise werden anstelle herkömmlicher Zylinder auch Zylinder mit Druckluft oder einem anderen Gas verwendet, die Kraftstoff aus den Tanks verdrängen und in den Brennraum treiben können.
Gasruder müssen aus Graphit oder Keramik hergestellt werden, daher sind sie sehr zerbrechlich und spröde. Daher beginnen moderne Designer, auf die Verwendung von Gasrudern zu verzichten und sie durch mehrere zusätzliche Düsen zu ersetzen oder die wichtigste Düse zu verdrehen. Tatsächlich ist die Geschwindigkeit der Rakete zu Beginn des Fluges bei hoher Luftdichte niedrig, sodass die Ruder schlecht gesteuert werden können, und wenn die Rakete eine hohe Geschwindigkeit erreicht, ist die Luftdichte niedrig.
Bei einer nach dem Avangard-Projekt gebauten amerikanischen Rakete ist das Triebwerk an Scharnieren aufgehängt und kann um 5-7 ausgelenkt werden UM. Die Leistung jeder nachfolgenden Stufe und ihre Betriebszeit sind geringer, da jede Stufe der Rakete unter völlig unterschiedlichen Bedingungen arbeitet, die ihr Design bestimmen, und daher das Design der Rakete selbst einfacher sein kann.
Eine ballistische Rakete wird von einer speziellen Abschussvorrichtung abgefeuert. Meist handelt es sich dabei um einen durchbrochenen Metallmast oder gar einen Turm, um den die Rakete Stück für Stück von Kränen montiert wird. Abschnitte eines solchen Turms befinden sich gegenüber den Inspektionsluken, die zur Überprüfung und Fehlerbehebung der Ausrüstung erforderlich sind. Der Turm bewegt sich weg, während die Rakete betankt wird.
Die Rakete startet senkrecht, beginnt dann langsam zu kippen und beschreibt bald eine fast streng elliptische Flugbahn. Der größte Teil der Flugbahn solcher Raketen liegt in einer Höhe von mehr als 1000 km über der Erde, wo es praktisch keinen Luftwiderstand gibt. Bei der Annäherung an das Ziel beginnt die Atmosphäre, die Bewegung der Rakete stark zu verlangsamen, während ihre Hülle sehr heiß wird. Wenn keine Maßnahmen ergriffen werden, kann die Rakete zusammenbrechen und ihre Ladung vorzeitig explodieren.
Die vorgestellte Beschreibung einer Interkontinentalrakete ist veraltet und entspricht dem Entwicklungsstand von Wissenschaft und Technik der 60er Jahre. Aufgrund des begrenzten Zugangs zu modernen wissenschaftlichen Materialien ist es jedoch nicht möglich, die Funktionsweise einer modernen ballistischen Rakete genau zu beschreiben Interkontinentalrakete mit ultralanger Reichweite. Dennoch wurden in der Arbeit die allgemeinen Eigenschaften hervorgehoben, die allen Raketen innewohnen. Die Arbeit kann auch von Interesse sein, um sich mit der Entwicklungs- und Einsatzgeschichte der beschriebenen Raketen vertraut zu machen.
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