Zašto raketa leti. Kako raketa polijeće: astronautika jednostavnim riječima Zašto rakete lete u svemir

Rakete se podižu u svemir sagorevanjem tečnog ili čvrstog goriva. Jednom zapaljena u komorama za sagorevanje visoke čvrstoće, ova goriva, koja se obično sastoje od goriva i oksidatora, stvaraju ogromnu količinu toplote, stvarajući veoma visok pritisak, koji uzrokuje da se proizvodi sagorevanja kreću prema zemljana površina kroz ekspanzivne mlaznice.

Pošto proizvodi sagorevanja teku dole iz mlaznica, raketa se podiže. Ovaj fenomen se objašnjava trećim Newtonovim zakonom, prema kojem za svaku akciju postoji jednaka po veličini i suprotnost u smjeru suprotnosti. Budući da je motore na tečno gorivo lakše kontrolisati od motora na čvrsto gorivo, oni se obično koriste u svemirskim raketama, posebno u raketi Saturn 5 prikazanoj na slici lijevo. Ova trostepena raketa sagoreva hiljade tona tečnog vodonika i kiseonika da bi letelicu poslala u orbitu.

Za brzo podizanje prema gore, potisak rakete mora premašiti njenu težinu za oko 30 posto. Štaviše, ako svemirski brod treba da ide u nisku orbitu oko Zemlje, treba da razvije brzinu od oko 8 kilometara u sekundi. Potisak rakete može doseći nekoliko hiljada tona.

1. Pet motora prvog stepena podižu raketu na visinu od 50-80 kilometara. Nakon što se potroši gorivo prvog stepena, ono će se odvojiti i motori drugog stepena će se pokrenuti.
2. Otprilike 12 minuta nakon lansiranja, drugi stepen isporučuje raketu na visinu veću od 160 kilometara, nakon čega se odvaja s praznim rezervoarima. Spasilačka raketa je takođe odvojena.
3. Pokrenuta jednim motorom treće faze, raketa prenosi svemirsku letjelicu Apollo u privremenu orbitu blizu Zemlje, visoku oko 320 kilometara. Nakon kratke pauze, motori se ponovo uključuju, povećavajući brzinu letjelice na oko 11 kilometara u sekundi i usmjeravaju je prema Mjesecu.

Motor prve faze F-1 sagorijeva gorivo i ispušta proizvode izgaranja u okoliš.

Nakon lansiranja u orbitu, letjelica Apollo prima ubrzani impuls prema Mjesecu. Zatim se odvaja treći stepen i letelica, koja se sastoji od komandnog i lunarnog modula, ulazi u orbitu od 100 kilometara oko Meseca, nakon čega lunarni modul sleće. Isporukom astronauta koji su posjetili Mjesec u komandni modul, lunarni modul se odvaja i prestaje da funkcioniše.

Čak i među ljudima koji su studirali fiziku često se čuje potpuno lažno objašnjenje leta rakete: ona leti jer se, takoreći, svojim gasovima koji nastaju prilikom sagorevanja baruta u njoj odbijaju iz vazduha. Tako su mislili u stara vremena (rakete su stari izum). Međutim, kada bi se raketa lansirala u bezvazdušnom prostoru, letela bi ništa gore, ili čak bolje, nego u vazduhu. Pravi razlog kretanja rakete je potpuno drugačiji. To je vrlo jasno i jednostavno iznio revolucionarni prvomučenik Kibalchich u svojoj samoubilačkoj poruci o letećoj mašini koju je izumio. Objašnjavajući strukturu borbenih projektila, napisao je:

“Cilindar od presovanog praha umetnut je čvrsto u limeni cilindar, zatvoren na jednoj a otvoren na drugoj bazi, sa šupljinom u obliku kanala duž ose. Sagorijevanje praha počinje od površine ovog kanala i širi se kroz određeni vremenski period do vanjske površine komprimovanog praha; gasovi koji nastaju tokom sagorevanja proizvode pritisak u svim pravcima; ali bočni pritisci plinova su međusobno izbalansirani, dok pritisak na dnu ljuske od praha od kalaja, koji nije uravnotežen suprotnim pritiskom (pošto plinovi imaju slobodan izlaz u ovom smjeru), gura raketu naprijed."

Ovdje se događa isto kao i pri pucanju iz topa: projektil leti naprijed, a sam top se gura nazad. Sjetite se "trzanja" pištolja i svih ostalih vatreno oružje! Da je top visio u vazduhu, ne oslanjajući se ni na šta, posle hica bi se pomerio nazad određenom brzinom koja je koliko puta manja od brzine projektila, koliko je puta projektil lakši od samog topa . U naučnofantastičnom romanu Julesa Vernea "Naopako" Amerikanci su čak zamislili da iskoriste snagu trzaja gigantskog topa za izvođenje grandioznog poduhvata - "ispravljanja Zemljine ose".

Raketa je isti top, samo što ne izbacuje projektile, već barutane. Iz istog razloga se okreće i takozvani "kineski točak", kojem ste se vjerovatno divili prilikom postavljanja vatrometa: kada barut gori u cijevima pričvršćenim za točak, plinovi izlaze u jednom smjeru, same cijevi (a s njima točak) dobiti obrnuti pokret. U suštini, ovo je samo modifikacija dobro poznatog fizičkog uređaja - Segnerovog točka.

Zanimljivo je napomenuti da je prije pronalaska parobroda postojao mehanički dizajn posude zasnovan na istom početku; dovod vode na brod je trebao biti izbačen pomoću jake tlačne pumpe na krmi; kao rezultat toga, brod je morao krenuti naprijed, poput onih plutajućih limenih limenki koje su dostupne za dokazivanje dotičnog principa u školskim kabinetima fizike. Ovaj projekat (koji je predložio Ramsey) nije implementiran, ali je odigrao poznatu ulogu u pronalasku parobroda, jer je potaknuo Fultona na njegovu ideju.

Takođe znamo da je najstarija parna mašina, koju je izumeo Heron Aleksandrijski u 2. veku pre nove ere, bila uređena po istom principu: para iz kotla se dovodila kroz cev u kuglu, pričvršćenu na horizontalnu os; zatim istječući iz koljenasto savijenih cijevi, para je gurnula ove cijevi u suprotnom smjeru i lopta je počela da se okreće.

Nažalost, Geronova parna turbina u davna vremena ostala je samo radoznala igračka, budući da jeftinoća robovskog rada nikoga nije navela na praktičnu upotrebu mašina. Ali sam princip tehnologija nije napustila: u naše vrijeme se koristi u konstrukciji mlaznih turbina.

Njutnu, autoru zakona akcije i reakcije, pripisuje se jedan od najranijih projekata parnog automobila, zasnovan na istom principu: para iz kotla postavljenog na točkove izlazi u jednom pravcu, a sam kotao zbog trzaj, kotrlja u suprotnom smjeru.

Raketni automobili, o eksperimentima s kojima su 1928. godine naveliko izvještavali novine i časopisi, predstavljaju modernu modifikaciju Newtonovog vagona.

Za ljubitelje petljanja, evo crteža papirne pare, takođe vrlo sličnog njutnovskim kolicima: para se stvara u parnom kotlu od praznog jajeta zagrejanog vatom natopljenom alkoholom u naprstku; bježeći kao mlaz u jednom smjeru, prisiljava cijeli parobrod da se kreće u suprotnom smjeru. Za izradu ove poučne igračke, međutim, potrebne su vrlo vješte ruke.

A znamo da je za kretanje potrebno djelovanje određene sile. Telo ili samo mora da se odgurne od nečega, ili spoljašnje telo mora da odgurne dato. To nam je dobro poznato i razumljivo iz životnog iskustva.

Od čega se odgurnuti u svemiru?

Na površini Zemlje možete se odgurnuti od površine ili od objekata na njoj. Za kretanje po površini koriste se noge, kotači, gusjenice i tako dalje. U vodi i zraku možete se odbijati od same vode i zraka, koji imaju određenu gustoću, pa vam stoga omogućavaju interakciju s njima. Priroda je za to prilagodila peraje i krila.

Čovjek je stvorio motore bazirane na propelerima, koji zbog rotacije višestruko povećavaju površinu kontakta sa medijumom i omogućavaju da se odgurne od vode i vazduha. Ali šta je sa slučajem prostora bez vazduha? Od čega početi u svemiru? Nema vazduha, nema ničega. Kako letjeti u svemiru? Tu je zakon održanja momenta i princip mlazni pogon... Pogledajmo izbliza.

Impuls i princip mlaznog pogona

Impuls je proizvod tjelesne mase prema njegovoj brzini. Kada tijelo miruje, njegova brzina je nula. Međutim, tijelo ima određenu masu. U nedostatku vanjskih utjecaja, ako se dio mase odvoji od tijela određenom brzinom, tada prema zakonu održanja količine gibanja i ostatak tijela mora postići određenu brzinu tako da ukupni impuls ostane jednak na nulu.

Štoviše, brzina preostalog glavnog dijela tijela ovisit će o brzini kojom će se manji dio odvojiti. Što je ova brzina veća, to će biti veća brzina glavnog tijela. To je razumljivo ako se prisjetimo ponašanja tijela na ledu ili u vodi.

Ako su dvije osobe blizu, a onda jedna od njih gurne drugu, onda će on ne samo dati to ubrzanje, već će poletjeti nazad. I što jače nekoga gura, brže će odletjeti sam sa sebe.

Sigurno ste i vi morali biti u sličnoj situaciji, a možete zamisliti kako se to događa. dakle, na tome se zasniva mlazni pogon.

Rakete, u kojima je implementiran ovaj princip, velikom brzinom izbacuju dio svoje mase, uslijed čega i same postižu određeno ubrzanje u suprotnom smjeru.

Mlazovi užarenih plinova koji nastaju izgaranjem goriva izbacuju se kroz uske mlaznice kako bi im se postigla najveća moguća brzina. Istovremeno, masa rakete se smanjuje za količinu mase ovih gasova i dobija određenu brzinu. Time je implementiran princip mlaznog pogona u fizici.

Princip leta rakete

Rakete koriste višestepeni sistem. Tokom leta, donji stepen se, nakon što je potrošio čitavu zalihu goriva, odvaja od rakete kako bi se smanjila njena ukupna masa i olakšao let.

Broj stupnjeva se smanjuje sve dok radni dio ne ostane u obliku satelita ili druge letjelice. Gorivo je izračunato na način da je dovoljno za ulazak u orbitu.

Prostor je misteriozan i maksimalno nepovoljan prostor. Ipak, Ciolkovski je verovao da budućnost čovečanstva leži upravo u svemiru. Nema razloga da se raspravljamo sa ovim velikim naučnikom. Prostor je bezgranična perspektiva za razvoj cjelokupne ljudske civilizacije i širenje životnog prostora. Osim toga, krije odgovore na mnoga pitanja. Danas čovjek aktivno koristi svemir. A naša budućnost zavisi od toga kako rakete poleću. Razumijevanje ovog procesa nije ništa manje važno.

Svemirska trka

Ne tako davno, dvije moćne supersile su bile u stanju hladni rat... Bilo je to kao beskrajno takmičenje. Mnogi radije opisuju ovaj vremenski period kao konvencionalnu trku u naoružanju, ali to uopće nije slučaj. Ovo je trka nauke. Upravo njoj dugujemo mnoge sprave i blagodeti civilizacije na koje smo tako navikli.

Svemirska trka bila je samo jedan od najvažnijih elemenata Hladnog rata. Za samo nekoliko decenija, ljudi su prešli sa konvencionalnih letova u atmosferu na sletanje na Mesec. Ovo je nevjerovatan napredak u poređenju sa drugim dostignućima. U to divno vrijeme ljudi su smatrali da je istraživanje Marsa mnogo bliži i realniji zadatak od pomirenja SSSR-a i SAD-a. Tada je ljude najviše fascinirao svemir. Gotovo svaki student ili školarac razumio je kako raketa polijeće. To nije bilo teško znanje, naprotiv. Ova informacija je bila jednostavna i vrlo zanimljiva. Astronomija je postala izuzetno važna među drugim naukama. Tih godina niko nije mogao reći da je Zemlja ravna. Pristupačno obrazovanje je svugdje iskorijenilo neznanje. Međutim, ti dani su davno prošli, a danas uopšte nije sve tako.

Dekadencija

Raspadom SSSR-a takmičenje je završeno. Razlog za prekomjerno finansiranje svemirskih programa je nestao. Mnogi obećavajući i prodorni projekti nikada nisu realizovani. Vrijeme težnje za zvijezdama ustupilo je mjesto pravoj dekadenciji. To, kao što znate, znači pad, nazadovanje i određeni stepen degradacije. Ne morate biti genije da biste ovo razumjeli. Dovoljno je obratiti pažnju na medijsku mrežu. Sect ravna zemlja aktivno sprovodi svoju propagandu. Ljudi ne znaju osnovne stvari. V Ruska Federacija astronomija se uopšte ne uči u školama. Ako priđete prolazniku i pitate kako polijeću rakete, on vam neće odgovoriti na ovo jednostavno pitanje.

Ljudi čak i ne znaju kojom putanjom lete projektili. U takvim uslovima nema smisla pitati se o orbitalnoj mehanici. Nedostatak odgovarajućeg obrazovanja, Hollywood i video igre su sve stvorile misconception o svemiru kao takvom i o letovima do zvijezda.

Ovo nije vertikalni let

Zemlja nije ravna i to je neosporna činjenica. Zemlja nije čak ni lopta, jer je malo spljoštena na polovima. Kako rakete polijeću u takvim uslovima? U fazama, u nekoliko faza a ne okomito.

Najveća zabluda našeg vremena je da rakete polijeću okomito. To uopšte nije tako. Takva šema za ulazak u orbitu je moguća, ali vrlo neefikasna. Raketno gorivo nestaje vrlo brzo. Ponekad za manje od 10 minuta. Jednostavno nema dovoljno goriva za takvo poletanje. Moderne rakete polijeću samo okomito početna faza let. Tada automatizacija počinje da daje raketi lagano prevrtanje. Štaviše, što je visina leta veća, to je ugao prevrtanja svemirske rakete uočljiviji. Dakle, apogej i perigej orbite se formiraju na uravnotežen način. Time se postiže najudobniji balans između efikasnosti i potrošnje goriva. Pokazalo se da je orbita blizu savršenog kruga. Nikada neće biti idealno.

Ako raketa poleti okomito prema gore, vrhunac je nevjerovatno ogroman. Gorivo će nestati prije nego se pojavi perigej. Drugim riječima, raketa ne samo da neće uspjeti da odleti u orbitu, već će se zbog nedostatka goriva parabolično vratiti na planetu.

Motor je u srcu svega

Nijedno tijelo nije sposobno da se kreće samo. Mora postojati nešto što ga tjera na to. U ovom slučaju radi se o raketnom motoru. Raketa, poleteći u svemir, ne gubi sposobnost kretanja. Za mnoge je to neshvatljivo, jer je u vakuumu reakcija sagorevanja nemoguća. Odgovor je što jednostavniji: malo drugačiji.

Dakle, raketa uleti. U njenim rezervoarima se nalaze dve komponente. To je gorivo i oksidant. Njihovo miješanje zajedno zapali smjesu. Međutim, iz mlaznica ne izlazi vatra, već užareni plin. U ovom slučaju nema kontradikcije. Ova postavka odlično funkcionira u vakuumu.

Raketni motori su nekoliko tipova. To su tečno, čvrsto gorivo, ionsko, elektroreaktivno i nuklearno. Prva dva tipa se najčešće koriste, jer mogu pružiti najveću vuču. One na tekuće gorivo koriste se u svemirskim raketama, a na čvrsto gorivo - u interkontinentalnim balističkim projektilima s nuklearnim punjenjem. Elektroreaktivni i nuklearni su dizajnirani za najefikasnije kretanje u vakuumu i na njih se polažu maksimalne nade. Trenutno se ne koriste izvan ispitnih stolova.

Međutim, Roskosmos je nedavno naručio razvoj orbitalnog tegljača na nuklearni pogon. To daje razloga za nadu u razvoj tehnologije.

Uska grupa orbitalnih manevarskih motora je odvojena. Namijenjeni su za kontrolu, ali se ne koriste u raketama, već u svemirskim brodovima. Nisu dovoljni za letenje, ali dovoljni za manevrisanje.

Brzina

Nažalost, danas ljudi izjednačavaju svemirska putovanja sa osnovnim mjernim jedinicama. Koliko brzo polijeće raketa? Ovo pitanje nije sasvim tačno u odnosu na Uopšte nije važno koliko brzo poleću.

Ima dosta projektila i svi imaju različite brzine. One namijenjene lansiranju astronauta u orbitu lete sporije od teretnih. Osoba je, za razliku od tereta, ograničena preopterećenjima. Teretne rakete, kao što je super-teška Falcon Heavy, polete prebrzo.

Tačne jedinice brzine je teško izračunati. Prije svega, zato što zavise od nosivosti rakete-nosača (lansirnog vozila). Sasvim je logično da potpuno napunjena lansirna raketa polijeće mnogo sporije od poluprazne lansirne rakete. Međutim, postoji zajednička vrijednost koju svi projektili žele postići. To se zove kosmička brzina.

Postoji prva, druga i, shodno tome, treća kosmička brzina.

Prva je potrebna brzina, koja će vam omogućiti da se krećete u orbiti i da ne padnete na planetu. To je 7,9 km u sekundi.

Drugi je potreban da bismo napustili zemljinu orbitu i otišli u orbitu drugog nebeskog tijela.

Treći će omogućiti aparatu da savlada gravitaciju. Solarni sistem i ostavi je. Voyager 1 i Voyager 2 lete ovom brzinom. Međutim, suprotno medijskim izvještajima, oni još uvijek nisu napustili granice Sunčevog sistema. Astronomski gledano, trebalo bi im najmanje 30.000 godina da stignu do oblaka Horta. Heliopauza nije granica zvjezdanog sistema. Ovo je samo mjesto gdje se solarni vjetar sudara sa međusistemskim okruženjem.

Visina

Koliko visoko uzlijeće raketa? Onaj koji je potreban. Nakon dostizanja hipotetičke granice svemira i atmosfere, netačno je mjeriti udaljenost između letjelice i površine planete. Nakon ulaska u orbitu, letjelica se nalazi u drugom okruženju, a udaljenost se mjeri u smislu udaljenosti.

Raketa je najbrži način transporta jer ima posebnu vrstu motora - mlazni. Gorivo, koje je napunilo rezervoare rakete, na komandu "paljenje" treperi i počinje da gori. Tako se gorivo pretvara u vrući plin. Tada plin izbija ogromnom snagom kroz raketnu mlaznicu. Mlaznica je rupa na dnu rakete. Gasni mlaz je usmjeren u jednom smjeru, a raketa, nasuprot njemu, juri u suprotnom smjeru. Za usmjeravanje rakete u željenom smjeru potrebno je kontrolisati mlaz vrelog gasa koji izlazi. Primjeri mlaznog pogona su lignje i druga morska stvorenja.

Raketa je ogromna, njena visina je 90 metara. Svrha rakete je da nosi teret u svemir, zbog čega se zove raketa-booster. Teret može biti satelit ili svemirski brod. Ovaj teret je veoma težak i da biste ga podigli potrebno vam je nekoliko projektila. Dakle, rakete se poredaju u obliku piramide, jedna na drugoj, u koracima. I zajedno čine jednu moćnu višestepenu raketu. Teret se nalazi na samom vrhu rakete. Pokriven je pokrivačem za glavu. Svaki stepen je nezavisna raketa. Motori se nalaze u repu rakete, ostatak zauzimaju rezervoari za gorivo.

Koraci rade naizmjence. Donja faza počinje sa radom. Ona je najmoćnija. Kada gorivo u njemu izgori, automatski se odvaja i srednji stepen počinje sa radom. Raketa brzo povećava brzinu, a kada joj ponestane goriva, automatski se isključuje. Treća faza počinje sa radom. Treća faza još brže ubrzava brod. Tako on podiže prvu svemirsku brzinu i odlazi u orbitu. Zatim letelica leti sama, a treći poslednji stepen se takođe odvaja i pada na Zemlju. Ali rakete ne stignu do Zemlje, jesu jer se zagreju i izgore kada padnu.

Kako radi svemirski brod?

Ima dva dijela. Prvi je "vozilo za spuštanje", drugi je "pretinac za instrumente". Vozilo za spuštanje je mala kabina u kojoj se nalaze astronauti. U njega se mogu smjestiti samo stolice astronauta. Tamo rade i odmaraju. Ulazni otvor i prozori su dobro zatvoreni.