Rakety a kozmické lode. Ako funguje bežná vesmírna raketa?

Prieskum vesmíru sa už dlho stal pre ľudstvo celkom bežným javom. Lety na nízku obežnú dráhu Zeme a k iným hviezdam sú však nemysliteľné bez zariadení, ktoré umožňujú prekonať gravitáciu – rakiet. Koľko z nás vie: ako funguje a funguje nosná raketa, kde prebieha štart a aká je jej rýchlosť, čo jej umožňuje prekonať gravitáciu planéty a v bezvzduchovom priestore. Pozrime sa na tieto problémy bližšie.

Zariadenie

Aby ste pochopili, ako funguje nosná raketa, musíte pochopiť jej štruktúru. Začnime popisovať uzly zhora nadol.

CAC

Zariadenie, ktoré vynáša satelit alebo nákladný priestor na obežnú dráhu, sa od nosiča, ktorý je určený na prepravu posádky, vždy odlišuje svojou konfiguráciou. Tá má úplne hore špeciálny núdzový záchranný systém, ktorý slúži na evakuáciu priestoru od astronautov v prípade poruchy nosnej rakety. Táto neštandardná veža, umiestnená úplne hore, je miniatúrna raketa, ktorá vám za mimoriadnych okolností umožňuje „vytiahnuť“ kapsulu s ľuďmi a presunúť ju do bezpečnej vzdialenosti od miesta nehody počiatočná fáza letu, kde je stále možné vykonať zostup kapsuly na padáku V bezvzduchovom priestore sa úloha SAS v blízkozemskom priestore stáva menej dôležitou funkciou, ktorá umožňuje oddeliť zostupové vozidlo z nosnej rakety umožní záchranu astronautov.

Nákladný priestor

Pod SAS je priestor pre náklad: vozidlo s posádkou, satelit, nákladný priestor. V závislosti od typu a triedy nosnej rakety sa hmotnosť nákladu vypusteného na obežnú dráhu môže pohybovať od 1,95 do 22,4 tony. Všetok náklad prepravovaný loďou je chránený kapotážou hlavy, ktorá sa po prechode atmosférickými vrstvami odhodí.

Hlavný motor

Ľudia ďaleko od vesmíru si myslia, že ak raketa skončí v priestore bez vzduchu, vo výške sto kilometrov, kde začína stav beztiaže, tak sa jej misia skončila. V skutočnosti, v závislosti od úlohy, môže byť cieľová dráha nákladu vypusteného do vesmíru oveľa ďalej. Napríklad telekomunikačné satelity musia byť dopravené na obežnú dráhu vo výške viac ako 35-tisíc kilometrov. Na dosiahnutie požadovaného odstránenia je potrebný hnací motor, alebo ako sa to inak nazýva, horný stupeň. Na dosiahnutie plánovanej medziplanetárnej alebo odletovej trajektórie sa musí režim rýchlosti letu zmeniť viac ako raz, pričom sa musia vykonať určité činnosti, takže tento motor sa musí opakovane spúšťať a vypínať, v tom sa líši od iných podobných komponentov rakiet.

Viacstupňové

V nosnej rakete zaberá prepravovaný náklad len malý zlomok jeho hmotnosti, zvyšok tvoria motory a palivové nádrže, ktoré sú umiestnené v rôznych stupňoch vozidla. Konštrukčným znakom týchto jednotiek je možnosť ich oddelenia po vyčerpaní paliva. Potom zhoria v atmosfére bez toho, aby sa dostali na zem. Pravda, ako uvádza spravodajský portál reaktor.space, v posledných rokoch bola vyvinutá technológia, ktorá umožňuje vrátiť oddelené stupne nepoškodené na určené miesto a znova ich vypustiť do vesmíru. V raketovej vede sa pri vytváraní viacstupňových lodí používajú dve schémy:

• Prvý je pozdĺžny, umožňuje umiestniť okolo karosérie niekoľko rovnakých motorov s palivom, ktoré sa súčasne zapínajú a po použití synchrónne resetujú.


• Druhý je priečny, čo umožňuje usporiadať stupne v rastúcom poradí, jeden vyššie ako druhý. V tomto prípade sa zapnú až po resetovaní spodného, ​​vyčerpaného stupňa.

Dizajnéri však často uprednostňujú kombináciu priečneho a pozdĺžneho dizajnu. Raketa môže mať veľa stupňov, ale zvyšovanie ich počtu je do určitej hranice racionálne. Ich rast znamená zvýšenie hmotnosti motorov a adaptérov, ktoré fungujú iba v určitej fáze letu. Preto moderné nosné rakety nie sú vybavené viac ako štyrmi stupňami. V zásade sa palivové nádrže skladajú zo zásobníkov, v ktorých sú čerpané rôzne komponenty: okysličovadlo (kvapalný kyslík, oxid dusnatý) a palivo (kvapalný vodík, heptyl). Len ich spolupôsobením je možné raketu urýchliť na požadovanú rýchlosť.

Ako rýchlo letí raketa vo vesmíre?

V závislosti od úloh, ktoré musí nosná raketa vykonávať, sa jej rýchlosť môže meniť a je rozdelená do štyroch hodnôt:

• Prvý vesmírny. Umožňuje vám vystúpiť na obežnú dráhu, kde sa stane satelitom Zeme. Ak preložíme do konvenčných hodnôt, je to rovných 8 km/s.


• Druhý vesmírny. Rýchlosť 11,2 km/s. umožňuje lodi prekonať gravitáciu a preskúmať planéty našej slnečnej sústavy.


• Tretia je kozmická. Dodržiavanie rýchlosti 16 650 km/s. môžete prekonať gravitáciu slnečnej sústavy a opustiť jej hranice.


• Štvrtý vesmírny. Po vyvinutí rýchlosti 550 km/s. raketa je schopná lietať za galaxiu.

Ale bez ohľadu na to, aké vysoké sú rýchlosti kozmických lodí, sú príliš nízke na medziplanetárne cestovanie. S takýmito hodnotami bude trvať 18 000 rokov, kým sa dostanete k najbližšej hviezde.

Ako sa volá miesto, odkiaľ štartujú rakety do vesmíru?

Na úspešné dobytie vesmíru sú potrebné špeciálne odpaľovacie rampy, z ktorých môžu byť rakety vypúšťané do vesmíru. V každodennom používaní sa nazývajú kozmodrómy. Tento jednoduchý názov však zahŕňa celý komplex budov zaberajúcich rozsiahle územia: štartovaciu rampu, miestnosti na záverečné testovanie a montáž rakety, budovy pre súvisiace služby. To všetko je umiestnené v určitej vzdialenosti od seba, aby v prípade havárie nedošlo k poškodeniu ostatných zariadení na kozmodróme.

Záver

Čím viac sa vesmírna technológia zlepšuje, tým zložitejšia je štruktúra a prevádzka rakety. Možno o pár rokov vzniknú nové zariadenia na prekonávanie gravitácie Zeme. A nasledujúci článok bude venovaný princípom fungovania pokročilejšej rakety.

Korznikov uvádza výpočty, že pri rýchlosti vyššej ako 0,1 C nestihne kozmická loď zmeniť dráhu letu a vyhnúť sa kolízii. Verí, že pri podsvetelných rýchlostiach sa kozmická loď zrúti skôr, ako dosiahne svoj cieľ. Podľa jeho názoru je medzihviezdne cestovanie možné len pri výrazne nižších rýchlostiach (do 0,01 C). V rokoch 1950-60 V USA sa vyvíjala kozmická loď s jadrovým pulzným raketovým motorom na prieskum medziplanetárneho priestoru Orion.

Medzihviezdny let je cestovanie medzi hviezdami pomocou dopravných prostriedkov s posádkou alebo automatických staníc. Podľa riaditeľa NASA Ames Research Center Simona P. Wardena by mohla byť konštrukcia motora pre hlboký vesmír vyvinutá v priebehu 15 až 20 rokov.

Let tam a let späť nech pozostávajú z troch fáz: rovnomerne zrýchlené zrýchlenie, let konštantnou rýchlosťou a rovnomerne zrýchlené spomalenie. Nechajte kozmickú loď pohybovať sa v polovici cesty s jednotkovým zrýchlením a nechajte ju spomaliť druhú polovicu s rovnakým zrýchlením (). Loď sa potom otočí a zopakuje fázy zrýchlenia a spomalenia.

Nie všetky typy motorov sú vhodné na medzihviezdne lety. Výpočty ukazujú, že s použitím vesmírneho systému, o ktorom sa uvažuje v tejto práci, je možné dosiahnuť hviezdu Alfa Centauri... asi za 10 rokov.“ Ako jedna z možností riešenia problému sa navrhuje použiť ako pracovnú látku rakety elementárne častice pohybujúce sa rýchlosťou svetla alebo blízkou svetlu.

Aká je rýchlosť moderných kozmických lodí?

Rýchlosť výfukových častíc je od 15 do 35 kilometrov za sekundu. Preto vznikli nápady zásobovať medzihviezdne lode energiou z externého zdroja. Momentálne je tento projekt nerealizovateľný: motor musí mať výfukové otáčky 0,073 s (špecifický impulz 2 milióny sekúnd), pričom jeho ťah musí dosiahnuť 1570 N (teda 350 libier).

K zrážke s medzihviezdnym prachom dôjde rýchlosťou blízkou svetla a fyzický dopad bude pripomínať mikrovýbuchy. Sci-fi diela často spomínajú metódy medzihviezdneho cestovania založené na pohybe rýchlejšie ako je rýchlosť svetla vo vákuu. Najväčšiu posádku tvorilo 8 astronautov (z toho 1 žena), ktorí odštartovali 30. októbra 1985 na opakovane použiteľnej kozmickej lodi Challenger.

Vzdialenosť k najbližšej hviezde (Proxima Centauri) je asi 4 243 svetelných rokov, teda asi 268-tisíckrát väčšia ako vzdialenosť od Zeme k Slnku. Lety vesmírnych lodí zaujímajú významné miesto v sci-fi.

V tejto situácii bude doba letu v zemskej referenčnej sústave približne 12 rokov, pričom podľa hodín na lodi uplynie 7,3 roka. O vhodnosti rôznych typov motorov na medzihviezdne lety diskutoval najmä Dr. Tony Martin na stretnutí Britskej medziplanetárnej spoločnosti v roku 1973.

V priebehu práce boli navrhnuté projekty pre veľké a malé hviezdne lode ("lode generácie") schopné dosiahnuť hviezdu Alpha Centauri za 1800 a 130 rokov. V roku 1971 v správe G. Marxa na sympóziu v Byurakane bolo navrhnuté použiť röntgenové lasery na medzihviezdne lety. V roku 1985 R. Forward navrhol návrh medzihviezdnej sondy urýchľovanej mikrovlnnou energiou.

Limit vesmírnej rýchlosti

Hlavnou zložkou hmotnosti moderných rakiet je množstvo paliva, ktoré raketa potrebuje na zrýchlenie. Ak dokážeme nejako využiť prostredie obklopujúce raketu ako pracovnú tekutinu a palivo, môžeme výrazne znížiť hmotnosť rakety a tým dosiahnuť vysoké rýchlosti.

V 60. rokoch 20. storočia navrhol Bussard návrh medzihviezdneho náporového motora (MRJE). Medzihviezdne médium pozostáva hlavne z vodíka. V roku 1994 navrhol Geoffrey Landis návrh medzihviezdnej iónovej sondy, ktorá by na stanici prijímala energiu z laserového lúča.

Raketová loď projektu Daedalus sa ukázala byť taká obrovská, že by ju museli postaviť vo vesmíre. Jednou z nevýhod medzihviezdnych lodí je nutnosť nosiť so sebou elektrickú sieť, čo zvyšuje hmotnosť a následne znižuje rýchlosť. Takže elektrický raketový motor má charakteristickú rýchlosť 100 km/s, čo je príliš pomalé na to, aby letel k vzdialeným hviezdam v prijateľnom čase.

Začalo sa to v roku 1957, keď bola v ZSSR vypustená prvá družica Sputnik 1. Odvtedy sa ľuďom podarilo navštíviť a vesmírne sondy bez posádky navštívili všetky planéty s výnimkou. Satelity obiehajúce okolo Zeme vstúpili do našich životov. Vďaka nim majú milióny ľudí možnosť sledovať televíziu (pozri článok „“). Obrázok ukazuje, ako sa časť kozmickej lode vracia na Zem pomocou padáka.

Rakety

História prieskumu vesmíru začína raketami. Prvé rakety boli použité na bombardovanie počas druhej svetovej vojny. V roku 1957 bola vytvorená raketa, ktorá dopravila Sputnik 1 do vesmíru. Väčšinu rakety zaberajú palivové nádrže. Iba horná časť rakety, tzv užitočné zaťaženie. Raketa Ariane 4 má tri samostatné sekcie s palivovými nádržami. Nazývajú sa raketové stupne. Každý stupeň posunie raketu o určitú vzdialenosť, po ktorej sa po vyprázdnení oddelí. Výsledkom je, že z rakety zostane iba náklad. Prvý stupeň nesie 226 ton kvapalného paliva. Palivo a dva posilňovače vytvárajú obrovskú hmotnosť potrebnú na vzlet. Druhá etapa sa oddeľuje v nadmorskej výške 135 km. Tretí stupeň rakety je jeho, beží na kvapalinu a dusík. Palivo tu vyhorí asi za 12 minút. Výsledkom je, že z rakety Ariane 4 Európskej vesmírnej agentúry zostáva len náklad.

V rokoch 1950-1960. ZSSR a USA súperili v prieskume vesmíru. Prvá kozmická loď s ľudskou posádkou bola Vostok. Raketa Saturn 5 vyniesla ľudí prvýkrát na Mesiac.

Rakety 50-/60-te roky 20. storočia:

1. "Sputnik"

2. "Predvoj"

3. Juno 1

4. "Východ"

5. "Mercury-Atlant"

6. Titán Blíženci 2

8. "Saturn-1B"

9. Saturn 5

Kozmické rýchlosti

Aby sa raketa dostala do vesmíru, musí prekročiť . Ak je jeho rýchlosť nedostatočná, pôsobením sily jednoducho spadne na Zem. Rýchlosť potrebná na vstup do priestoru je tzv prvá úniková rýchlosť. Je to 40 000 km/h. Na obežnej dráhe obieha okolo Zeme kozmická loď s orbitálnej rýchlosti. Obežná rýchlosť lode závisí od jej vzdialenosti od Zeme. Keď vesmírna loď letí na obežnú dráhu, v podstate jednoducho spadne, ale nemôže spadnúť, pretože stratí výšku rovnako ako zemský povrch klesne pod ňu a zaokrúhli sa.

Vesmírne sondy

Sondy sú bezpilotné kozmické lode vysielané na veľké vzdialenosti. Navštívili všetky planéty okrem Pluta. Sonda môže lietať na miesto určenia dlhé roky. Keď vyletí k vytúženému nebeskému telesu, dostane sa na obežnú dráhu okolo neho a získané informácie odošle na Zem. Miriner 10, jediná sonda na návštevu. Pioneer 10 sa stal prvou vesmírnou sondou, ktorá opustila slnečnú sústavu. K najbližšej hviezde sa dostane za viac ako milión rokov.

Niektoré sondy sú navrhnuté tak, aby pristáli na povrchu inej planéty, alebo sú vybavené pristávacími modulmi, ktoré sa spúšťajú na planétu. Lander môže zbierať vzorky pôdy a doručiť ich na Zem na výskum. V roku 1966 kozmická loď, sonda Luna 9, prvýkrát pristála na povrchu Mesiaca. Po zasadení sa otvoril ako kvet a začal sa natáčať.

Satelity

Satelit je bezpilotné vozidlo, ktoré je vypustené na obežnú dráhu, zvyčajne na obežnú dráhu Zeme. Satelit má špecifickú úlohu – napríklad monitorovať, prenášať televízny obraz, skúmať ložiská nerastov: existujú dokonca aj špionážne satelity. Satelit sa pohybuje na obežnej dráhe orbitálnou rýchlosťou. Na obrázku vidíte fotografiu ústia rieky Humber (Anglicko), ktorú urobil Landset z nízkej obežnej dráhy Zeme. Landset sa môže „pozerať na oblasti na Zemi malé ako 1 štvorcový. m.

Stanica je rovnaký satelit, ale určený pre prácu ľudí na palube. Na stanici môže zakotviť kozmická loď s posádkou a nákladom. Vo vesmíre doteraz fungovali len tri dlhodobé stanice: americký Skylab a ruský Saljut a Mir. Skylab bol vypustený na obežnú dráhu v roku 1973. Na jeho palube postupne pracovali tri posádky. Stanica zanikla v roku 1979.

Orbitálne stanice zohrávajú obrovskú úlohu pri skúmaní účinkov stavu beztiaže na ľudské telo. Budúce stanice, ako napríklad Freedom, ktoré teraz budujú Američania za účasti špecialistov z Európy, Japonska a Kanady, budú slúžiť na veľmi dlhodobé experimenty alebo na priemyselnú výrobu vo vesmíre.

Keď astronaut opustí stanicu alebo loď do vesmíru, oblečie sa skafander. Vo vnútri skafandru je umelo vytvorená teplota rovnajúca sa atmosférickému tlaku. Vnútorné vrstvy skafandru sú chladené kvapalinou. Zariadenia monitorujú tlak a obsah kyslíka vo vnútri. Sklo prilby je veľmi odolné, odolá nárazom malých kamienkov - mikrometeoritov.

Akou rýchlosťou letí raketa do vesmíru?

1. abstraktná veda – vytvára v divákovi ilúzie
2. Ak je na nízkej obežnej dráhe Zeme, potom 8 km za sekundu.
   Ak je vonku, tak 11 km za sekundu. Ako to.
3. 33 000 km/h
4. Presne - rýchlosťou 7,9 km/s sa pri odchode (raketa) otočí okolo zeme, ak rýchlosťou 11 km/s, tak toto je už parabola, t.j. bude žrať kúsok ďalej, existuje možnosť, že sa to nevráti
5. 3-5 km/s, berte do úvahy rýchlosť rotácie Zeme okolo Slnka
6. Rýchlostný rekord kozmickej lode (240-tisíc km/h) vytvorila americko-nemecká slnečná sonda Helios-B, vypustená 15. januára 1976.

   Najvyššiu rýchlosť, akou kedy človek cestoval (39 897 km/h) dosiahol hlavný modul Apolla 10 vo výške 121,9 km od povrchu Zeme pri návrate expedície 26. mája 1969. Na palube kozmickej lode boli veliteľ posádky, plukovník amerického letectva (dnes brigádny generál) Thomas Patten Stafford (nar. Weatherford, Oklahoma, USA, 17. septembra 1930), kapitán 3. triedy amerického námorníctva Eugene Andrew Cernan (nar. Chicago, Illinois, USA, 14. marca 1934 g.) a kapitán 3. hodnosti amerického námorníctva (teraz kapitán 1. hodnosti vo výslužbe) John Watte Young (nar. San Francisco, Kalifornia, USA, 24. september 1930).

   Zo žien najvyššiu rýchlosť (28 115 km/h) dosiahla juniorská poručík vzdušných síl ZSSR (dnes podplukovník inžinier, pilot-kozmonaut ZSSR) Valentina Vladimirovna Tereshkova (nar. 6. marca 1937) na sovietskej vesmírnej lodi. Vostok 6 dňa 16.6.1963.

7. 8 km/s na prekonanie zemskej gravitácie
8. v čiernej diere môžete zrýchliť na rýchlosť podsvietenia
9. Nezmysel, bezmyšlienkovite naučený zo školy.
   8 alebo presnejšie 7,9 km/s je prvá kozmická rýchlosť - rýchlosť horizontálneho pohybu telesa priamo nad povrchom Zeme, pri ktorej teleso nepadá, ale zostáva satelitom Zeme s kruhovou dráhou pri práve túto výšku, teda nad povrchom Zeme (a to neberie do úvahy odpor vzduchu). PKS je teda abstraktná veličina, ktorá spája parametre kozmického telesa: polomer a zrýchlenie voľného pádu na povrch telesa a nemá praktický význam. Vo výške 1000 km bude rýchlosť kruhového orbitálneho pohybu iná.

   Raketa postupne zvyšuje rýchlosť. Napríklad nosná raketa Sojuz má rýchlosť 1,8 km/s 117,6 s po štarte vo výške 47,0 km a 3,9 km/s pri 286,4 s po lete vo výške 171,4 km. Po asi 8,8 min. po štarte vo výške 198,8 km je rýchlosť kozmickej lode 7,8 km/s.
   A štart orbitálneho dopravného prostriedku na nízku obežnú dráhu Zeme z horného letového bodu nosnej rakety sa uskutočňuje aktívnym manévrovaním samotnej kozmickej lode. A jeho rýchlosť závisí od parametrov orbity.

10. To všetko je nezmysel. Dôležitú úlohu nehrá rýchlosť, ale prítlačná sila rakety. Vo výške 35 km začína plné zrýchlenie na PKS (prvá kozmická rýchlosť) až do výšky 450 km, pričom postupne udáva smer smeru rotácie Zeme. Týmto spôsobom sa udržiava nadmorská výška a ťažná sila pri prekonávaní hustej atmosféry. Stručne povedané - nie je potrebné zrýchľovať súčasne horizontálne a vertikálne rýchlosti; výrazná odchýlka v horizontálnom smere nastáva pri 70% požadovanej výšky.
11. na čom
    vesmírna loď letí vo výške.

Na prekonanie gravitačnej sily a vypustenie kozmickej lode na obežnú dráhu Zeme musí raketa letieť rýchlosťou min. 8 kilometrov za sekundu. Toto je prvá úniková rýchlosť. Zariadenie, ktorému je udelená prvá kozmická rýchlosť, sa po vzlete zo Zeme stáva umelým satelitom, to znamená, že sa pohybuje okolo planéty po kruhovej dráhe. Ak prístroj dostane rýchlosť nižšiu ako je prvá kozmická rýchlosť, potom sa bude pohybovať po trajektórii, ktorá sa pretína s povrchom zemegule. Inými slovami, spadne na Zem.

Ale taký let si vyžaduje veľa paliva. 3a prúdiť niekoľko minút, motor zožerie celú svoju železničnú nádrž a na to, aby raketa získala potrebné zrýchlenie, je potrebná obrovská železničná súprava paliva.

Vo vesmíre nie sú žiadne čerpacie stanice, takže všetko palivo si musíte vziať so sebou.

Palivové nádrže sú veľmi veľké a ťažké. Keď sú nádrže prázdne, stávajú sa dodatočnou hmotnosťou pre raketu. Vedci prišli na spôsob, ako sa zbaviť zbytočnej váhy. Raketa je zostavená ako stavebnica a pozostáva z niekoľkých úrovní alebo stupňov. Každý stupeň má svoj vlastný motor a vlastný prívod paliva.

Prvý krok je najťažší. Tu sa nachádza najvýkonnejší motor a najviac paliva. Musí presunúť raketu z jej miesta a dať jej potrebné zrýchlenie. Keď sa palivo prvého stupňa spotrebuje, odpojí sa od rakety a spadne na zem, vďaka čomu je raketa ľahšia a nemusí plytvať palivom navyše prenášaním prázdnych nádrží.

Potom sa zapnú motory druhého stupňa, ktorý je menší ako prvý, pretože na zdvihnutie kozmickej lode potrebuje minúť menej energie. Keď sú palivové nádrže prázdne a tento stupeň sa „odpojí“ od rakety. Potom príde na rad tretí, štvrtý...

Po dokončení poslednej etapy je kozmická loď na obežnej dráhe. Dokáže lietať okolo Zeme veľmi dlho bez toho, aby minul kvapku paliva.

Pomocou takýchto rakiet sa do letu posielajú astronauti, satelity a medziplanetárne automatické stanice.

Vedel si...

Prvá úniková rýchlosť závisí od hmotnosti nebeského telesa. Pre Merkúr, ktorého hmotnosť je 20-krát menšia ako hmotnosť Zeme, je to rovných 3,5 kilometra za sekundu a pre Jupiter, ktorého hmotnosť je 318-krát väčšia ako hmotnosť Zeme, je to takmer 42 kilometrov za sekundu!