Log In

Космічна ракета

raketaЩо таке космічна ракета? Як вона влаштована? Як летить? Чому в космосі подорожують саме на ракетах?

Наша планета Земля вкрита шаром повітря — атмосферою. У поверхні Землі повітря досить щільне та густе. Вище — рідшає. На висоті в сотні кілометрів воно непомітно «сходить нанівець», переходить у безповітряний космічний простір.У порівнянні з повітрям, у якому ми живемо, там порожнеча. Але, кажучи строго науково, все ж порожнеча не повна. Весь цей простір пронизаний променями Сонця і зірок, що летять від них осколочками атомів. У ньому плавають космічні порошинки. Можна зустріти метеорит.

В околицях багатьох небесних тіл відчуваються сліди їх атмосфер. Тому безповітряний космічний простір ми не можемо називати порожнечею. Ми будемо називати його просто космосом.
І на Землі, і в космосі діє один і той самий закон всесвітнього тяжіння. За цим законом всі предмети притягують один одного. Тяжіння величезної земної кулі дуже відчутно.Щоб відірватися від Землі і полетіти в космос, потрібно перш за все якось подолати її тяжіння.

Літак його долає лише частково. Злітаючи, він спирається крилами на повітря. І не може піднятися туди, де повітря сильно розріджене. Тим більше в космос, де повітря немає взагалі.

Щоб вивести об’єкт на кругову орбіту, треба кинути його зі швидкістю 8 кілометрів за секунду! Цю швидкість називають круговою, або першою космічною.Цікаво, що швидкість ця у польоті буде зберігатися сама собою. Політ сповільнюється, коли що-небудь заважає летіти. Як можна летіти «за інерцією», не зупиняючись? Це важко зрозуміти, тому що ми ніколи не жили в космосі. Звикли до того, що нас завжди оточує повітря. Ми знаємо — грудочку вати, як сильно її не кидай, не полетить далеко, загрузне в повітрі, зупиниться, впаде на Землю. У космосі ж всі предмети летять, не зустрічаючи опору. Зі швидкістю 8 кілометрів на секунду можуть поруч летіти і розгорнуті листи газети, і чавунні гирі, крихітні картонні іграшкові ракети і справжнісінькі сталеві космічні кораблі. Всі будуть летіти поруч, не відстаючи і не обганяючи один одного. Будуть однаково кружляти навколо Землі.

Обэкт, кинутий зі швидкістю 11.1 кілометра в секунду, «дотягне» до Місяця і тільки там поверне назад. А при швидкості 11.2 кілометра в секунду вже взагалі не повернеться до Землі, піде бродити по Сонячній системі. Швидкість 11,2 кілометра в секунду називається другою космічною.Отже, утриматися в космосі можна тільки за допомогою великої швидкості.

Швидкість автомобіля на гарному шосе не перевищує 40 метрів за секунду. Швидкість літака ТУ-104 не більше 250 метрів на секунду. А нам потрібно рухатися зі швидкістю 8000 метрів в секунду! Летіти в тридцять з гаком разів швидше літака! Мчати з такою швидкістю в повітрі взагалі неможливо. Повітря «не пускає». Воно стає на нашому шляху непробивною стіною.Одним словом, щоб утриматися в космосі, треба розігнатися. А щоб розігнатися, треба спершу дістатися до космосу і втриматися там.Щоб утриматися — розігнатися! Щоб розігнатися — втриматися!

Вихід з цього зачарованого кола підказав людям свого часу російський вчений К.Ціолковський. Для виходу в космос і розгону в ньому годиться тільки ракета.Ракета не має ні крил, ні пропелерів. Вона може в польоті ні на що не спиратися. Для розгону їй не потрібно ні від чого відштовхуватися. Вона може рухатися й у повітрі, і в космосі. У повітрі повільніше, в космосі швидше. Вона рухається реактивним способом.

Віддача нам добре відома. Згадайте, наприклад, як стріляє гармата. При пострілі снаряд вилітає зі ствола вперед, а сама гармата при цьому різко відкочується назад.Порох всередині ствола гармати, згораючи, перетворюється на розпечені гази. Прагнучи вирватися, вони тиснуть зсередини на всі стінки, готові розірвати ствол гармати на шматки. Вони виштовхують артилерійський снаряд і, розширюючись, працюють як пружина — «кидають у різні боки» гармату і снаряд. Тільки снаряд легше, і його вдається відкинути на багато кілометрів. Гармата ж важча, і її вдається лише трохи відкотити назад.

Візьмемо тепер звичайну маленьку порохову ракету, яка вже сотні років використовується для феєрверків. Це картонна трубка, закрита з одного боку. Всередині — порох. Якщо його підпалити, він горить, перетворюючись на розпечені гази. Вириваючись через відкритий кінець трубки, вони себе відкидають назад, а ракету вперед. І штовхають її так сильно, що вона летить до неба.

Порохові ракети існують давно. Але для великих, космічних ракет порох, виявляється, не завжди зручний. Перш за все — порох зовсім не найсильніша вибухова речовина. Спирт або гас, наприклад, якщо їх дрібно розбризкати і змішати з крапельками рідкого кисню, вибухають сильніше пороху. Такі рідини мають спільну назву — пальне. А рідкий кисень або його замінюючі рідини, що містять багато кисню, називаються окислювачем. Пальне і окислювач разом утворюють ракетне паливо.

Сучасний рідинний ракетний двигун, або, скорочено, РРД — це дуже міцна, сталева, що нагадує пляшку камера згоряння. Її горловина з розтрубом — сопло. У камеру по трубках у великій кількості безперервно впорскується пальне і окислювач. Відбувається бурхливе горіння. Вирує полум’я. Розпечені гази з неймовірною силою і гучним ревом вириваються через сопло назовні. Вириваючись, відштовхують камеру у зворотний бік. Камера закріплена на ракеті, і виходить, що гази штовхають ракету. Струмінь газів спрямований, і тому ракета летить вперед.

Сучасна велика ракета виглядає так. Внизу, в її хвості, стоять двигуни, один або декілька. Вище майже все вільне місце займають баки з паливом. Наверху в голівці ракети, поміщають те, заради чого вона летить. Те, що вона повинна «доставити за адресою». У космічних ракетах це може бути якийсь супутник, який треба вивести на орбіту, або космічний корабель з космонавтами.Саму ракету називають ракетою-носієм. А супутник або корабель — корисним навантаженням.

Перші з труднощів, з якими зіткнулися ракетобудівники, — це брак палива. Ракетні двигуни навмисне роблять дуже «ненажерливими», щоб вони швидше спалювали паливо, виготовляли та викидали тому як можна більше газів. Але … ракета не встигне набрати і половини необхідної швидкості, як паливо в баках скінчиться. І це незважаючи на те, що ми заповнили паливом буквально всю внутрішність ракети. Зробити ракету крупнішою, щоб помістилося більше палива? Не допоможе. На розгін великої, більш важкої ракети піде більше палива, і ніякої вигоди не вийде.

З цього неприємного становища вихід теж підказав Ціолковський. Він порадив робити ракети багатоступінчатими.Беремо кілька ракет різного розміру. Їх називають ступенями — перша, друга, третя. Ставимо одну на іншу. Внизу найбільшу. На неї — поменше. Зверху — найменшу, з корисним навантаженням в головці. Це триступенева ракета. Але може бути сходинок і більше.

Під час зльоту розгін починає перша, найпотужніша щабель. Витративши своє паливо, вона відділяється і падає назад на Землю. Ракета позбавляється від зайвої ваги. Починає працювати друга ступінь, продовжуючи розгін. На ній двигуни стоять трохи менше, більш легкі, і паливо вони витрачають економніше. Відпрацювавши, друга ступінь теж відокремлюється, передаючи естафету третій. Тій вже зовсім легко. Вона і закінчує розгін.

Всі космічні ракети — багатоступінчасті.

Як краще всього ракеті виходити в космос?Шлях через щільні шари атмосфери треба по можливості скоротити. Тому, всі космічні ракети, куди б вони потім не летіли, злітають завжди прямо вгору. І тільки в розрідженому повітрі поступово загортають у потрібний бік. Такий зліт в сенсі витрат палива самий економний.

Багатоступінчасті ракети виводять корисний вантаж на орбіту. Але якою ціною? Посудіть самі. Щоб вивести на навколоземну орбіту одну тонну, потрібно спалити кілька десятків тонн палива! Для вантажу в 10 тонн — сотні тонн. Американська ракета «Сатурн-5», що виводить на навколоземну орбіту 130 тонн, сама важить 3000 тонн!
І чи не найбільш прикро — ми ще не вміємо повертати на Землю ракети-носії. Зробивши свою справу, розігнавши корисне навантаження, вони відокремлюються і … падають. Розбиваються об Землю або тонуть в океані. Другий раз ми їх не можемо використовувати.Ракети будують тільки для одного польоту. Тому політ на орбіту кожного супутника або космічного корабля обходиться дуже дорого.

Літак летить носом уперед, тому що йому потрібно гострим носом розрізати повітря. А ракеті, після того як вона вийшла у безповітряний простір, розрізати нічого. На її шляху нічого немає. І тому ракета в космосі після вимкнення двигуна може летіти в будь-якому положенні — і кормою вперед, і перекидаючись. Якщо під час такого польоту знову ненадовго включити двигун, він штовхне ракету.

І тут все залежить від того, куди націлений ніс ракети. Якщо вперед — двигун підштовхне ракету, і вона полетить швидше. Якщо тому — двигун притримає, пригальмує її, і вона полетить повільніше. Якщо ракета дивилася носом убік — двигун штовхне її в бік, і вона, не змінюючи швидкості, змінить напрямок свого польоту. Один і той же двигун може робити з ракетою все що завгодно. Розганяти, гальмувати, повертати. Все залежить від того, як ми перед включенням двигуна націлимо, або орієнтуємо ракету.

На ракеті, де-небудь у хвості, стоять маленькі реактивні двигуни орієнтації. Вони спрямовані соплами в різні боки. Включаючи і вимикаючи їх, можна підштовхувати хвіст ракети вгору-вниз, вправо-вліво і таким чином повертати ракету. Орієнтувати її носом у будь-яку сторону.Треба сказати, що «влучити в ціль» у космосі дуже важко. Потрапити із Землі на Місяць — це приблизно те ж саме, що, швидко обертаючись на каруселі, потрапити м’ячиком у птаха, що летить. Щоб, незважаючи на всі труднощі, дійти до мети, на Землі і на ракеті стоять найскладніші прилади. На Землі працюють електронно-обчислювальні машини, трудяться сотні спостерігачів, обчислювачів, вчених та інженерів.

Для економії палива конструктори і тут використовують багатоступінчасті. Наприклад, наші ракети, які м’яко сідали на Місяць і потім привозили звідти зразки місячного грунту, мали п’ять ступенів. Три — для зльоту із Землі і польоту до Місяця. Четверту — для посадки на Місяць. І п’яту — для повернення на Землю.

Будують ракети на заводах. Скрізь, де можливо, використовують самі легкі і найміцніші матеріали. Для полегшення ракети намагаються всі її механізми і всю апаратуру, що стоїть на ній, робити як можна більш «портативними». Легше вийде ракета — більше можна взяти з собою палива, збільшити корисне навантаження.

На космодром ракету привозять по частинах. У великому монтажно-випробувальному корпусі її збирають. Потім особливий кран — установник — в лежачому положенні везе ракету, порожню, без палива, на стартовий майданчик. Там він піднімає її і ставить у вертикальне положення. З усіх боків ракету обхвачують чотири опори стартової системи, щоб вона не впала від поривів вітру. Потім підводять до неї форми обслуговування з балконами, щоб техніки, що готують ракету до старту, могли підібратися до будь-якого її місця. Підводять заправну щоглу з шлангами, через які в ракету заливають паливо, і кабель-щоглу з електричними кабелями для перевірки всіх механізмів та приладів ракети перед польотом.

Космічні ракети величезні. Найперша наша космічна ракета «Восток» і то мала висоту 38 метрів, з десятиповерховий будинок. А найбільша американська шестиступінчаста ракета «Сатурн-5», яка доставляла американських космонавтів на Місяць, мала висоту більше ста метрів. Поперечник її біля основи 10 метрів.

Коли все перевірено і заливка палива закінчена, форми обслуговування, заправну щоглу і кабель-щоглу відводять.

І ось старт! По сигналу з командного пункту починає працювати автоматика. Вона подає в камери згоряння паливо. Включає запалювання. Паливо запалюється. Двигуни починають швидко набирати потужність, все сильніше тиснуть знизу на ракету. Коли нарешті вони набирають повну потужність і піднімають ракету, опори відкидаються, звільняють ракету, і вона з оглушливим ревом, як би на вогняному стовпі, йде в небо.

Управління польотом ракети здійснюється частково автоматично, частково по радіо із Землі. А якщо ракета несе на собі космічний корабель з космонавтами, то управляти можуть і вони самі.

Для зв’язку з ракетою по всій земній кулі розміщені радіостанції. Адже ракета ходить навколо планети, і може виникнути необхідність зв’язатися з нею якраз тоді, коли вона буде «на тому боці Землі».

Ракетна техніка, незважаючи на свою молодість, показує нам чудеса досконалості. Ракети літали на Місяць і поверталися назад. Літали за сотні мільйонів кілометрів на Венеру і Марс, здійснюючи там м’які посадки. Пілотовані космічні кораблі виконували в космосі найскладніші маневри. Сотні самих різних супутників виведені в космос ракетами. На якийсь час, при польотах до найближчих планет, може допомогти стикування в космосі. Величезні космічні кораблі «далекого плавання» можна будувати розбірними, з окремих ланок. За допомогою порівняно невеликих ракет виводити ці ланки на одну й ту ж «монтажну» орбіту навколо Землі і там зістиковувати. Так можна в космосі зібрати корабель. Технічно це можливо навіть сьогодні.

Втім, стикування полегшує завоювання космосу ненабагато. Набагато більше дасть освоєння нових ракетних двигунів. Теж реактивних, але менш ненажерливих, ніж теперішні, рідинні. Відвідування планет нашої Сонячної системи різко рушить вперед після освоєння двигунів електричних та атомних. Однак настане час, коли стануть необхідні польоти до інших зірок, в інші сонячні системи І тоді знову буде потрібно нова техніка. Можливо, до того часу вчені та інженери зуміють побудувати фотонні ракети. «Вогняної струменем» у них буде неймовірно потужний промінь світла. При незначному витраті речовини такі ракети зможуть розганятися до швидкостей в сотні тисяч кілометрів на секунду!

Космічна техніка ніколи не перестане розвиватися. Людина буде ставити перед собою все нові й нові цілі. Для їх досягнення — придумувати все більш досконалі ракети. А створивши їх — ставити ще більш величні мети!

 

views:
8860
snap_MYURL:
snapEdIT:
1
snapTW:
s:1:"1";
snapVK:
s:1:"1";