Читать теория космических полетов. Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении. Освоение космоса в будущем
работу выполнила ученица 7Б класса Власова Людмила.
Теория космического полёта заключает в себе собрание переводов и изложений классических работ по этому вопросу, главным образом, иностранных авторов и некоторых русских. Изучение работ, посвященных проблеме межпланетных сообщений, показывает, что в разных странах разные лица пришли независимо один от другого к одному и тому же заключению, что межпланетные сообщения возможны, но практическое осуществление их пока встречает ряд технических и финансовых затруднений. Однако, эти затруднения в будущем должны быть преодолены, и человек пробьет, наконец, мешающие его полету панцири атмосферы и земного тяготения, унесется в загадочное и сулящее много новых впечатлений и открытий межпланетное пространство!
Первое затруднение, с которым мы встречаемся, это то, что между звездами нет атмосферы, и поэтому для полета в мировом пространстве невозможно применить аэроплан, для которого она необходима, как опора. Затруднения физиологического порядка будут рассмотрены позже. Теперь же ограничим наши рассуждения разрешением вопроса, позволяют ли наши знания механики допустить возможность существования двигателя, который, исключая какую либо внешнюю опору, мог бы передвигать аппарат. Хотя это и покажется странным для того, кто не занимался этим вопросом, тем не менее сегодняшние познания ученых указывают, что такой двигатель существует уже давно - это ракета. Часто говорят, что ракета движется благодаря реакции „на воздух“. Первая часть этого утверждения верна, но вторая „на воздух“ - ложна. Ракета движется так же хорошо в пустоте и даже лучше, чем в воздухе.
После израсходования горючего, начинается свободный полет ракеты в пространстве с некоторою скоростью v 1 слагающейся из собственной скорости v 1 ракеты и касательной скорости w , которую ракета получила благодаря вращению земли и ветру. Следует заметить, что пока ракета проходит в пределах земной атмосферы, сопротивление воздуха уменьшает скорость свободного полета ракеты, однако, это уменьшение незначительно на больших высотах, и, по вычислению ученого Герберта Оберта, при скорости v1 = 1000 м/с. равно всего 69 м/с, а при v1 = 10 000 м/с - всего лишь 2.2 м/с*, чем можно пренебречь В случае эллиптической орбиты, это уравнение имеет два корня, один для нас мнимый (внутри земли или под нею), другой - действительный, определяющий наивысшую точку подъема. Обратное падение ракеты не произойдет в точку взлета. Это происходит благодаря 1) влиянию ветра, 2) вращению земли и 3) условиям полета ракеты
Цель аппарата: Исследование высоты, состава и температуры земной атмосферы, определение закона сопротивления воздуха при разных высотах и скоростях, а также исследование работы самой ракеты. Аппарат состоит из двух ракет: верхней, внутренней - водородной (Н. R.) и нижней, в то же время внешней - спиртовой (A. R.) Длина аппарата 5 метров, ширина 55.6 см, вес 544 кг, из коих 6.9 кг приходятся на Н. R. Кроме того предвидена еще вспомогательная ракета. Вопрос о материале ракеты окончательно не решен. Материал ее работает, благодаря внутреннему сверхдавлению, на растяжение
1.Предварительные опыты Оберта должны заключаться в испытании работы дюзы и распылителя; в испытании истечения жидкостей из мелких отверстий и т. п.). 2. Вспомогательная ракета имеет назначением поднять вышеописанную составную ракету с высоты 5550 м до 7750 м и дать, по истощении своего горючего, главной (A. R.) ракете начальную скорость 500 м/с. Вес ее с горючим - 220 кг, продолжительность работы - 8 с; она сообщит A. R. ускорение 100 м/с2. Она своими прорезами (b) вставляется в стабилизаторы A. R., а ее баллон с кислородом (а) помещается в дюзе A. R. Для прочности, A. R. укрепляется снаружи кольцами, которые спадают одновременно со спадением вспомогательной ракеты. На фиг. 54 схематически показано взаимное расположение всех трех ракет: водородной (пунктир), спиртовой (сплошные линии) и вспомогательной (заштриховано). 3. Значение помп Р 1,2 будет тем больше, чем больше вся ракета.
Вообще человек может выдержать больший эффект ускорения, направленный от головы к ногам, нежели обратно. Еще больший эффект он может выдержать в лежачем положении или по касательной. Неприятным бывает эффект ускорения при движении по кругу, еще более неприятным при слабых подниманиях и опусканиях. Наоборот, быстрые торможения влияют слабее. На основании этих и иных соображений Оберт считает вероятным, что человек может выдерживать эффект ускорения около 51.2 м/с2 в течение 200-400 секунд. Ослабленное же ускорение не имеет никакого физического вреда. А при полете ракеты с пассажирами Оберт предлагает отправлять ракету не вертикально, т. е. вдоль земного радиуса, а наклонно, по кривой, названной им „синергией“. При этом можно повысить ускорение при взлете, так как почти парализуется влияние земного ускорения, благодаря полету едва ли не параллельно поверхности Земли.
§ 1. Особенности 1раекторий полета человека
§ 2. Прямой полет Земля - Луна - Земля (первый вариант лунной экспедиции)
§ 3. Встреча в космосе и монтаж корабля (второй вариант лунной экспедиции)
§ 4. Разъединение и сближение на окололунной орбите (третий вариант лунной экспедиции)
§ 5. Экспедиции по программе «Аполлон»
§ 6. Лунная транспортная космическая система
§ 7. Лунные грузовые корабли с малой тягой
§ 8. Окололунная орбитальная станция
§ 9. Перспективы использования Луны
Часть четвертая
МЕЖПЛАНЕТНЫЕ ПОЛЕТЫ
§ 1. Главные особенности межпланетного полета
§ 2. Движение внутри сферы действия Земли
§ 3. Гелиоцентрическое движение вне сферы действия Земли
§ 4. Гомановские и параболические перелеты
§ 5. Движение внутри сферы действия планеты-цели
§ 6. Межпланетный пертурбационный маневр
§ 7. Искусственные спутники планет
§ 8. Возмущения межпланетных траекторий
§ 9. Коррекция межпланетных траекторий
§ 1. Траектории достижения планет
§ 2. Перелеты на орбиты искусственных спутников планет
§ 3. Солнечный парус
§ 4. Разработки космических аппаратов с двигателями малой тяги
§ 1. Одноимпульсные орбиты искусственных планет
§ 2. Полеты вне плоскости эклиптики
§ 3. Поворот плоскости орбиты с помощью солнечной ЭРДУ
§ 4. Двухимпульсные орбиты искусственных планет
§ 5. Переход через бесконечность
§ 6. Выведение искусственной планеты в точку либрации
§ 7. Научное значение искусственных планет
§ 1. Траектории в случае упрощенной модели планетных орбит
§ 2. Влияние эксцентриситета и наклона орбиты Марса
§ 3. Географические условия старта к Марсу
§ 4. Посадка на Марс
§ 5. Искусственные спутники Марса
§ 6. Полеты на спутники Марса - Фобос и Деймос
§ 7. Облет Марса с возвращением к Земле
§ 8. Автоматические станции исследуют Марс
§ 9. Результаты исследований Марса
§ 1. Достижение Венеры
§ 2. Посадка и искусственный спутник Венеры
§ 3. Облет Венеры
§ 4. Автоматические станции исследуют Венеру
§ 5. Результаты исследований Венеры
§ 1. Достижение Меркурия
§ 2. Посадка и искусственный спутник Меркурия
§ 3. Полет к Меркурию при попутном облете Венеры
§ 4. Полет с солнечно-электрическим двигателем
§ 5. Результаты исследований Меркурия
§ 1. Планеты, совсем не похожие на нашу
§ 2. Прямые перелеты
§ 3. Полеты к Юпитеру и Сатурну через планеты земной группы
§ 4. Пертурбационные маневры в сферах действия планет группы Юпитера
§ 5. Через Юпитер - к Солнцу и подальше от плоскости эклиптики
§ 6. Искусственный спутник Юпитера
§ 7. Искусственные спутники других планет группы Юпитера
§ 8. Посадки на естественные спутники
§ 9. Зондирование атмосфер юпитерианских планет. Посадка на Плутон
§ 10. Полеты с малой тягой
§ 11. Исследования Юпитера и Сатурна
§ 12. Результаты исследований в системах Юпитера и Сатурна
§ 1. Пролет астероида
§ 2. Встреча с астероидом
§ 3. Выход на орбиту вокруг астероида
§ 4. Посадка на астероид и возвращение на Землю
§ 1. Импульсные полеты
§ 2. Полеты с малой тягой
§ 3. Операции вблизи ядра кометы
§ 1. Они только отложены
§ 2. Особенности межпланетных экспедиций
§ 3. Спуск на Землю при возвращении из экспедиции
§ 4. Безостановочные пилотируемые облеты планет
§ 5. Экспедиции с остановками при прямых симметричных перелетах
§ 6. Экспедиции с траекториями возвращения, несимметричными траекториям прибытия
§ 7. Операции на околопланетных орбитах, пролетных траекториях и поверхностях
§ 8. Экспедиции на астероиды
§ 9. Использование кораблей с малой тягой
§ 10. Немного о будущем
Константин Эдуардович Циолковский родился 5 (17) сентября 1857 года в селе Ижевском Рязанской губернии в семье лесничего. Из-за болезни он не смог учиться в школе и вынужден был заниматься самостоятельно. Освоив большую часть курса своими силами в единственной бесплатной библиотеке Москвы, сдал экзамен на звание учителя народных училищ и получил должность учителя в Боровском уездном училище. Позже его переводят преподавать в Калугу - там и прошла вся дальнейшая жизнь. В свободное время Циолковский занимался наукой. За работу «Механика животного организма» был избран действительным членом Русского физико-химического общества. После революции его работы стали востребованными, были признаны новаторскими и будоражили умы современников. В 1926–1929 годах Циолковский занимался практическими вопросами космических полетов. В это время рождаются самые смелые и даже фантастические идеи, которым суждено сбыться в будущем. Циолковский рассчитал оптимальную высоту для полета вокруг Земли, отстаивал идею разнообразия форм жизни во Вселенной, придумал первые колесные шасси, разработал принципы движения на воздушной подушке, писал о будущем открытии лазера и предсказал проникновение математики во все области науки. Умер Циолковский 19 сентября 1935 года.
За многочисленные и сомнительные с точки зрения науки философские труды Циолковского можно было бы назвать великим мечтателем и чудаком из далекого космоса, если бы не одно «но»: Константин Эдуардович - первый идеолог и теоретик освоения космического пространства человеком. Циолковский всегда грезил о космосе и стремился свои мечтания обосновать теоретически и даже практически. Первые мысли об использовании ракет для полета в космос высказывались ученым еще в 1883 году, однако стройной математической теории реактивного движения суждено было появиться лишь тринадцать лет спустя.
В 1903 году в пятом выпуске журнала «Научное обозрение» он опубликовал часть статьи «Исследование мировых пространств реактивными приборами», но, как и многие открытия и работы Циолковского, она была слишком далека от реалий современной жизни. Однако именно в этой статье ученый привел математические выкладки и обоснования реальной возможности применения ракет для межпланетных путешествий. Циолковский не ограничился тем, что указал на средство проникновения человека в космос - ракету, он также и дал подробное описание двигателя. Многие теории Константина Эдуардовича можно назвать пророческими, например о выборе жидкого двухкомпонентного топлива и о возможности использования других видов топлива, в частности энергии распада атомов. Циолковский выдвинул революционную по тем временам идею создания электрореактивных двигателей, в присущей ему манере написав, что «может быть, с помощью электричества получится со временем придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам».
Его идеи о регенеративном охлаждении камеры сгорания и сопла двигателя компонентами топлива, керамической изоляции элементов конструкции, раздельном хранении и насосной подаче топлива в камеру сгорания, оптимальных траекториях спуска космического аппарата при возвращении из космоса с успехом применяются сегодня.
Ученый активно совмещал теорию и практику, стараясь найти возможные пути реального осуществления всего, что он задумал. Циолковский научно обосновал проблемы, связанные с ракетным космическим полетом. Например, он детально рассмотрел все, что касается ракеты: законы движения, ее конструкцию, вопросы управления, проведение испытаний, обеспечение надежной работы всех систем, создание приемлемых условий полета и даже подбор психологически совместимого экипажа.
Любопытно, что, не имея практически никаких приборов, Циолковский рассчитал оптимальную высоту для полета вокруг Земли - промежуток от трехсот до восьмисот километров над планетой. Именно на этих высотах и проходят современные космические полеты. Циолковский вывел формулу, которая впоследствии будет названа его именем, позволяющую определить скорость летательного аппарата под воздействием тяги ракетного двигателя. При этом ученому удалось получить ответ на важный практический вопрос: сколько нужно взять топлива в ракету, чтобы получить нужную скорость отрыва от Земли и благополучно покинуть планету? Результат расчета был таков: чтобы ракета с экипажем развила скорость отрыва и отправилась в межпланетный полет, нужно взять топлива в сто раз больше, чем весят корпус ракеты, двигатель, механизмы, приборы и пассажиры, вместе взятые. Но как вместить в корабль столько топлива? Ученый нашел оригинальный выход - ракетный поезд, состоящий из нескольких ракет, соединенных между собой. В передней ракете находятся определенное количество топлива, пассажиры и оборудование. Далее ракеты работают поочередно, разгоняя весь межпланетный поезд. Как только топливо в одной ракете выгорит до конца, она сбрасывается: в результате удаляются опустошенные баки и корабль становится легче. Далее начинает работать вторая ракета, затем - третья и т. д. На основании формулы Циолковского был сделан важный вывод о том, что возможности ракеты в первую очередь определяются характеристиками двигателя и совершенством ракетной конструкции.
Циолковский оставил богатейшее научное наследие. Не все его идеи представляют большую ценность для науки, но все же ко многим вопросам ученый обратился первым. Его взгляды даже сейчас кажутся немного фантастическими. Поражает то, с какой точностью ученый предсказывал будущее. Так, ему принадлежит первенство в изучении вопроса об искусственном спутнике Земли и его роли для народного хозяйства. Он высказал идею о создании будущими поколениями околоземных станций в качестве искусственных поселений, которые будут использовать энергию Солнца и служить промежуточными базами для межпланетных сообщений. Данная идея межпланетных станций была главным средством достижения заветной мечты - освоения человеком околосолнечного пространства и создания в будущем «эфирных поселений».
Один из создателей первого спутника как-то признался, что далеко не сразу осознал, какое великое дело было совершено тогда, в 1957 году. И в оправдание сослался на поэта В. Брюсова, сказавшего, что "грандиозные события почти неощутимы для непосредственных участников: каждый видит лишь одну деталь, находящуюся перед глазами, объем целого ускользает от наблюдения. Поэтому, вероятно, очень многие как-то не замечают, что человечество вошло в "эпоху чудес".
Мы вступаем лишь в четвертое десятилетие космической эры, а уже вполне привыкли к таким чудесам, как охватившие всю Землю спутниковые системы связи и наблюдения за погодой, навигации и оказания помощи терпящим бедствие на суше и море. Как о чем-то вполне обыденном слушаем сообщения о многомесячной работе людей на орбите, не удивляемся следам на Луне, снятым "в упор" фотографиям далеких планет, впервые показанному космическими аппаратами ядру кометы.
За очень короткий исторический срок космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни, верным помощником в хозяйственных делах и познании окружающего мира. И не приходится сомневаться, что дальнейшее развитие земной цивилизации не сможет обойтись без освоения всего околоземного пространства.
Например, в использовании ресурсов близлежащего космоса многие ученые видят выход из надвигающегося экологического кризиса. "Ясно, что космический потенциал - не панацея от всех бед,- пишет крупный специалист в области космонавтики К. Эрике. - Предлагаемый путь - просто одна из наиболее эффективных в арсенале возможностей, доступных нам сегодня для гарантии выживания человечества как современного общества. Это нужно также в целях непрерывной эволюции нашего общества при сохранении земной природы, которая является уникальной для области, простирающейся на много световых лет вокруг нас".
Освоение космоса - этой "провинции всего человечества" - продолжается нарастающими темпами. Оглядываясь на уже достигнутое, можно попытаться определить ориентировочные сроки ближайших этапов использования новой для нас среды обитания. Намного рискованней делать долгосрочные прогнозы. Но и такие попытки известны. Доктор физико-математических наук JI. Лесков, например, заглядывает вперед на целое тысячелетие.
По мнению ученого, за годы, оставшиеся до наступления следующего века, в космосе будет организовано сначала опытно-промышленное, а затем и массовое производство улучшенных материалов. Практически неограниченные энергетические возможности, наряду с глубоким вакуумом и невесомостью,- вот чем прежде всего привлекает космос производственников. Однако уникальные технологические условия не единственная причина предполагаемого выноса туда ряда предприятий, а может быть, и целых отраслей, таких, скажем, как химическая, металлургическая, атомная....
Наша планета уже сегодня так засорена отходами производства, что дальнейшее его расширение угрожает катастрофическими последствиями всей биосфере. Да и сырьевые запасы Земли не столь велики, чтобы жить спокойно, не заботясь о будущем. Поэтому все больше специалистов приходят к выводу о неизбежности широкой индустриализации околоземного пространства. К этому готовятся космические наука и техника, продолжая изучать, как протекают на орбитах различные технологические процессы, и одновременно создавая проекты их энергетического обеспечения.
Прогнозируя развитие космонавтики на тот же период, другие специалисты обращают внимание на различные направления в этом процессе. Президент Международной академии астронавтики Дж. Мюллер, например, указывает на предстоящее широкое использование спутниковой связи для всестороннего информационного обслуживания людей во всем мире. К нему присоединяется советский академик В. Авдуевский. "Соединение космической техники с микроэлектроникой,- отмечает он,- позволяет говорить об организации в самом ближайшем будущем глобальной системы связи с абонентами, не "привязанными" к каким-либо наземным узлам. То есть о создании единого информационного поля, в которое сможет включиться каждый желающий в любое время и в любой точке земного шара. Это означает, что коренным образом изменится образ жизни миллионов и миллионов людей. Каждому из живущих на Земле будут доступны богатства мировой культуры - от фондов крупнейших книгохранилищ мира, залов Эрмитажа и Лувра, в которых можно "побывать" в любой момент, до фильмотек и фонотек любого государственного или частного собрания. Станет реальностью лозунг: высшее образование каждому, кто хочет его получить. Не говоря уже о возможности получить любые справочные данные, провести оперативное совещание..."
Чтобы перейти к следующему этапу освоения космоса, считает Л. Лесков, потребуется создать новые, более эффективные транспортные средства: воздушно-космические самолеты , пилотируемые и автоматические корабли, многоразовые ракеты-носители, межорбитальные буксиры большой грузоподъемности...
В 20 -50-е годы XXI века на орбитах появятся гигантские отражатели солнечного света и солнечные космические электростанции, а вслед за этим наступит пора индустриального освоения Луны. Далее ученый оперирует уже не десятилетиями, а веками. Среди следующих этапов перечисляются такие, как создание в космосе крупномасштабных сооружений, использование внеземного вещества с доставкой его к Земле, освоение и преобразование природы Марса и Венеры.
А что же дальше? И главное, что станет с людьми, навсегда расставшимися со своей планетой? Один из ведущих специалистов в области космической медицины и биологии академик О. Газенко рассматривает два сценария космического расселения: в пределах Солнечной системы и за ее границами. Если в космосе, считает ученый, удастся создать среду обитания, максимально приближенную к земной, эволюция постоянных обитателей "эфирных поселений" пойдет, видимо, так же, как и на Земле. Правда, есть вероятность, что под действием космических лучей у людей возникнут случайные наследственные изменения, и дальнейший ход эволюции станет непредсказуемым. Естественно, это может произойти только в том случае, если к тому времени не будет найдено надежных средств защиты.
Ученый допускает и такой вариант, когда основным фактором, определяющим длительную эволюцию человека, будет не радиация, а невесомость. Тогда люди, постепенно утрачивая некоторые "навязанные" им гравитацией физиологические особенности, станут иными - может быть, похожими на "бестелесные" персонажи картин испанского художника Эль Греко.
Если же человечество не ограничится завоеванием Солнечной системы и выйдет за ее пределы, тогда, считает академик, через сотни поколений бесконечные просторы Галактики окажутся заселенными отдельными колониями разумных существ, заметно отличающихся как от нас, так и друг от друга.
Но приспособится ли человек к столь необычным для него условиям жизни? Вот что говорил К. Циолковский: "...В настоящее время передовые слои человечества стремятся ставить свою жизнь все более и более в искусственные рамки, и не в этом ли заключается прогресс? Борьба с непогодой, с высокой и низкой температурой, с силой тяжести, с зверями, с вредными насекомыми и бактериями не создает ли и теперь вокруг человека обстановку чисто искусственную? В эфирном пространстве эта искусственность только дойдет до своего крайнего предела, но зато и человек будет находиться в условиях, наиболее благоприятных для себя".
Впрочем, не будем заглядывать так далеко. Вернемся к прогнозам на не столь отдаленное время. Конечно, их авторы хорошо понимают, что предлагаемые ими хронологические схемы весьма приблизительны. Поэтому и не пытаются называть конкретные сроки осуществления тех или иных проектов, уделяя главное внимание их техническому описанию. Такого же принципа будем придерживаться и мы в рассказе о перспективах внеземной деятельности нашей цивилизации.
Эта книга адресуется молодежи, "тем, кто будет читать, чтобы строить" - так обращался к своим читателям Ю. Кондратюк. Пройдут годы, и уже те, кто перелистывает сейчас эти страницы, начнут воплощать в действительность сегодняшние мечты. Именно так: "читать, чтобы строить"!
Введение.Человечество всегда мечтало о путешествии в космос. Самые разные средства для достижения этой цели предлагали писатели - фантасты, учёные, мечтатели. Но единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос за многие века не смог изобрести ни один учёный, ни один писатель-фантаст. Например, герой рассказа французского писателя Сирано де Бержерака, написанного в XVII веке, добрался до Луны, подбрасывая сильный магнит над железной повозкой, в которой находился сам. Повозка всё выше поднималась над Землёй, притягиваясь к магниту, пока не достигла Луны, барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.
Впервые мечту и стремления многих людей впервые смог приблизить к реальности русский учёный Константин Эдуардович Циолковский(1857-1935), который показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, он впервые представил научное доказательство возможности использования ракеты для полётов в космическое пространство, за пределы земной атмосферы и к другим планетам Солнечной системы. Ракетой Цоилковский назвал аппарат с реактивным двигателем, использующим находящиеся на нём горючее и окислитель.
Реактивным двигателем называют двигатель, способный преобразовать химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, и приобрести при этом скорость в обратном направлении.
На каких же принципах и физических законах основывается действие реактивного двигателя?
Как известно из курса физики, выстрел из ружья сопровождается отдачей. По законам Ньютона, пуля и ружьё разлетелись бы в разные стороны с одинаковой скоростью, если бы имели одинаковую массу. Отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение, как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве, так возникает отдача. Тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем больше масса и скорость истекающих газов, и, следовательно, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Эти явления объясняются законом сохранения импульса:
- векторная (геометрическая) сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.
Максимальную скорость, которую может развить ракета, рассчитывают по формуле Циолковского:
, где
v max – максимальная скорость ракеты,
v 0 – начальная скорость,
v r – скорость истечения газов из сопла,
m – начальная масса топлива,
M – масса пустой ракеты.
Представленная формула Циолковского является фундаментом, на котором зиждется весь расчёт современных ракет. Числом Циолковского называют отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя - к весу пустой ракеты.
Таким образом, получили, что максимально достижимая скорость ракеты зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла. А скорость истечения газов сопла в свою очередь зависит от вида топлива и температуры газовой струи. Значит, чем выше температура, тем больше скорость. Тогда для настоящей ракеты нужно подобрать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. По формуле видно, что кроме всего прочего скорость ракеты зависит от начальной и конечной массы ракеты, от того, какая часть её веса приходится на горючее, и какая - на бесполезные (с точки зрения скорости полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.
Основной вывод из этой формулы Циолковского для определения скорости космической ракеты состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.
Устройство баллистической ракеты.
Представим в общих чертах современную ракету сверхдальнего действия.
Такая ракета необходимо должна быть многоуровневой. В её головной части размещается боевой заряд, позади - приборы управления, баки и двигатель. Стартовый вес ракеты превышает вес полезного груза в 100-200 раз в зависимости от топлива! Таким образом, настоящая ракета должна весить несколько сотен тонн, а в длину должна, как минимум, достигать высоты десятиэтажного дома. К конструкции ракеты предъявляется ряд требований. Так, необходимо, например, чтобы сила тяги проходила через центр тяжести ракеты. Ракета может отклониться от заданного курса или даже начать вращательное движение, если не выполнить обозначенные условия.
Рис.1 Внутреннее устройство ракеты.
Восстановить правильный курс можно с помощью рулей. В разреженном воздухе работают газовые рули, отклоняющие направление газовой струи, предложенные Циолковским. Аэродинамические рули работают при полёте ракеты в плотном воздухе.
Современные баллистические ракеты преимущественно работают на двигателях, использующих жидкое топливо. В качестве горючего обычно используют керосин, спирт, гидразин, анилин, а в качестве окислителей - азотную и хлорную кислоты, жидкий кислород и перекись водорода. Самыми активными окислителями являются фтор и жидкий озон, но они применяются редко из-за крайней взрывоопасности.
Двигатель -самая важный элемент ракеты. Самый важный элемент двигателя - камера сгорания и сопло. В камерах сгорания, из-за того, что температура сгорания топлива доходит до 2500-3500 О С, должны использоваться особо жаропрочные материалы и сложные методы охлаждения. Таких температур не выдерживают обычные материалы.
Очень сложны и остальные агрегаты. Например, насосы, которые должны подавать окислитель и горючее к форсункам камеры сгорания, уже в ракете ФАУ-2, одной из первых, были способны перекачивать 125 кг топлива в секунду.
В ряде случаев вместо обычных баллонов применяют баллоны со сжатым воздухом или каким-нибудь другим газом, способным вытеснить горючее из баков и загнать его в камеру сгорания.
Газовые приходиться делать из графита или керамики, поэтому они очень хрупкие и ломкие, поэтому современные конструкторы начинают отказываться от применения газовых рулей, заменяя их несколькими дополнительными соплами или поворачивая самое главное сопло. Действительно, в начале полёта, при высокой плотности воздуха, скорость ракеты мала, поэтому рули плохо управляют, а там, где ракета приобретает большую скорость, мала плотность воздуха.
На американской ракете, построенной по проекту “Авангард”, двигатель подвешен на шарнирах, и его можно отклонять на 5-7 О. Мощность каждой следующей ступени и время её действия меньше, потому что каждая ступень ракеты работает в совершенно различных условиях, которые и определяют её устройство, поэтому и конструкция самой ракеты может быть проще.
Запуск баллистическая ракета происходит со специального стартового устройства. Обычно это ажурная металлическая мачта или даже башня, около которой ракету собирают по частям подъёмными кранами. Участки такой башни размещаются против необходимых для проверки и отладки оборудования смотровых люков. Башня отъезжает, когда ракету заправляют топливом.
Ракета стартует вертикально, а затем начинает медленно наклоняться и вскоре описывает почти строго эллиптическую траекторию. Большая часть траектории полёта таких ракет лежит на высоте больше 1000 км над Землёй, где сопротивление воздуха практически отсутствует. Приближаясь к цели, атмосфера начинает резко тормозить движение ракеты, при этом её оболочка сильно нагревается, а, если не принять меры, ракета может разрушиться, а её заряд - преждевременно взорваться.
Представленное описание межконтинентальной баллистической ракеты устарело и соответствует уровню развития науки и техники 60-х годов, но, ввиду ограниченности доступа к современным научным материалам, отсутствует возможность дать точное описание работы современной межконтинентальной баллистической ракеты сверхдальнего радиуса действия. Несмотря на это, в работе были освещены общие свойства, присущие всем ракетам. Работа также может быть интересна в целях ознакомления с историей развития и использования описанных ракет.
Дерябин В. М. Законы сохранения в физике. – М.: Просвещение, 1982.
Гельфер Я. М. Законы сохранения. – М.: Наука, 1967.
Кузов К. Мир без форм. – М.:Мир, 1976.
Детская энциклопедия. – М.: Издательство АН СССР, 1959.
