Як злітає ракета: космонавтика простими словами. Чому летить і як влаштована ракета? Як ракети літають в космосі

Навіть серед людей, які вивчали фізику, трапляється нерідко чути абсолютно хибне пояснення польоту ракети: вона летить тому нібито, що своїми газами, що утворюються при горінні в ній пороху, відштовхується від повітря. Так думали в старовину (ракети - давній винахід). Однак якби пустити ракету в безповітряному просторі, вона полетіла б не гірше, а навіть краще, ніж в повітрі. Справжня причина руху ракети зовсім інша. Дуже зрозуміло і просто виклав її революціонер-первомартовец Кибальчич в передсмертній своїй записці про винайденої їм літальної машині. Пояснюючи пристрій бойових ракет, він писав:

«У жерстяної циліндр, закритий з одного підстави і відкритий з іншого, вставляється щільно циліндр з пресованого пороху, який має по осі порожнечу у вигляді каналу. Горіння пороху починається з поверхні цього каналу і поширюється протягом певного проміжку часу до зовнішньої поверхні пресованого пороху; утворюються при горінні гази виробляють тиск на всі боки; але бічні тиску газів взаємно врівноважуються, тиск же на дно жерстяної оболонки пороху, що не врівноважене протилежним тиском (так як в цей бік гази мають вільний вихід), штовхає ракету вперед ».

Тут відбувається те ж, що і при пострілі з гармати: снаряд летить вперед, а сама гармата відштовхується назад. Згадайте «віддачу» рушниці і всякого взагалі вогнепальної зброї! Якби гармата висіла в повітрі, ні на що не спираючись, вона після пострілу рухалася б тому з деякою швидкістю, яка в стільки ж разів менше швидкості снаряда, у скільки разів снаряд легше самій гармати. У фантастичному романі Жюля Верна «Догори дригом» американці задумали навіть скористатися силою віддачі велетенської гармати для виконання грандіозної витівки - «випрямити земну вісь».

Ракета - та ж гармата, тільки вивергає вона не снаряди, а порохові гази. З тієї ж причини крутиться і так зване «китайське колесо», яким, ймовірно, траплялося вам милуватися при влаштуванні феєрверків: при горінні пороху в трубках, прикріплених до колеса, гази випливають в одну сторону, самі ж трубки (а з ними і колесо) отримують зворотний рух. По суті, це лише видозміна загальновідомого фізичного приладу - сегнерова колеса.

Цікаво відзначити, що до винаходу пароплава існував проект механічного судна, заснований на тому ж початку; запас води на судні передбачалося викидати за допомогою сильного нагнетательного насоса в кормовій частині; внаслідок цього корабель повинен був рухатися вперед, як ті плавучі бляшанки, які є для доказу даного принципу в шкільних фізичних кабінетах. Проект цей (запропонований Ремзі) не був здійснений, проте він зіграв відому роль у винаході пароплава, так як наштовхнув Фультона на його ідею.

Ми знаємо також, що найдавніша парова машина, винайдена Героном Олександрійським ще в II столітті до нашої ери, була влаштована за тим же принципом: пар з котла надходив по трубці в кулю, укріплений на горизонтальній осі; витікаючи потім з колінчасто-вигнутих трубок, пар штовхав ці трубки в зворотному напрямку, і куля починав обертатися.

На жаль, героновой парова турбіна в давнину залишалася тільки цікавою іграшкою, так як дешевизна праці рабів нікого не спонукала до практичного використання машин. Але самий принцип не покинутий технікою: в наш час він застосовується при влаштуванні реактивних турбін.

Ньютону - автору закону дії та протидії - приписують один з найбільш ранніх проектів парового автомобіля, заснований на тому ж початку: пар з котла, поставленого на колеса, виривається в одну сторону, а самий котел в силу віддачі котиться в протилежний.

Ракетні автомобілі, про досліди з якими в 1928 р багато писали в газетах і журналах, є сучасне видозміна ньютоновой вози.

Для любителів майструвати наведено тут малюнок паперового пароплава, також дуже схожого на ньютонову віз: в паровому котлі з спорожнення яйця, що нагрівається змоченою в спирті ваткою в наперстку, утворюється пара; вириваючись струменем в одну сторону, він змушує весь пароплав рухатися в протилежну сторону. Для спорудження цієї повчальної іграшки потрібні, однак, дуже вправні руки.

Ракети піднімаються в космічний простір за рахунок спалювання рідких або твердих палив. Після займання в високоміцних камерах згоряння ці палива, зазвичай складаються з пального і окислювача, виділяють величезну кількість тепла, створюючи дуже високий тиск, під дією якого продукти згоряння рухаються в бік земної поверхні через розширюються сопла.

Так як продукти згоряння закінчуються з сопел вниз, ракета піднімається вгору. Це явище пояснюється третім законом Ньютона, відповідно до якого для кожної дії існує рівне за величиною і протилежна за направленням протидію. Оскільки двигунами на рідкому паливі легше управляти, ніж твердопаливними, їх зазвичай використовують в космічних ракетах, зокрема, в показаної на малюнку зліва ракеті Сатурн-5. Ця триступенева ракета спалює тисячі тонн рідкого водню і кисню для виведення космічного корабля на орбіту.

Для швидкого підйому вгору тяга ракети повинна перевищувати її вага приблизно на 30 відсотків. При цьому, якщо космічний корабель повинен вийти на навколоземну орбіту, він повинен розвинути швидкість близько 8 кілометрів на секунду. Тяга ракет може доходити до декількох тисяч тонн.

1. П'ять двигунів першого ступеня піднімають ракету на висоту 50-80 кілометрів. Після того як паливо першого ступеня буде витрачено, вона відокремиться і включаться двигуни другого ступеня.
2. Приблизно через 12 хвилин після старту другий ступінь доставляє ракету на висоту понад 160 кілометрів, після чого відділяється з порожніми баками. Також відділяється ракета аварійного порятунку.
3. Розганяється єдиним двигуном третього ступеня, ракета переводить космічний корабель «Аполлон» на тимчасову навколоземну орбіту, висотою близько 320 кілометрів. Після нетривалої перерви двигуни включаються знову, збільшуючи швидкість космічного корабля приблизно до 11 кілометрів на секунду і направляючи його в сторону Місяця.

Двигун F-1 першого ступеня спалює паливо і виводить продукти згорання в навколишнє середовище.

Після запуску на орбіту космічний корабель «Аполлон» отримує розгінний імпульс у бік Місяця. Потім третій ступінь відділяється і космічний корабель, що складається з командного і місячного модулів, виходить на 100-кілометрову орбіту навколо Місяця, після чого місячний модуль здійснює посадку. Доставивши побували на Місяці космонавтів на командний модуль, місячний модуль відділяється і припиняє своє функціонування.

Міжконтинентальна балістична ракета - вельми вражаюче творіння людини. Величезні розміри, термоядерна міць, стовп полум'я, рев двигунів і грізний рокіт пуску ... Однак все це існує лише на землі і в перші хвилини запуску. За їх закінчення ракета припиняє існувати. Далі в політ і на виконання бойового завдання йде лише те, що залишається від ракети після розгону - її корисне навантаження.

При великих відстанях пуску корисне навантаження міжконтинентальної балістичної ракети йде в космічну висоту на багато сотень кілометрів. Піднімається в шар низькоорбітальних супутників, на 1000-1200 км над Землею, і ненадовго розташовується серед них, лише злегка відстаючи від їх загального бігу. А потім по еліптичній траєкторії починає скочуватися вниз ...

Що це, власне, за навантаження?

Балістична ракета складається з двох головних частин - розгонить частини і інший, заради якої затіяний розгін. Розвіюєш частина - це пара або трійка великих багатотонних ступенів, під зав'язку набитих паливом і з двигунами знизу. Вони надають необхідну швидкість і напрямок руху іншої головної частини ракети - головний. Розгінні ступені, змінюючи один одного в естафеті пуску, прискорюють цю головну частину в напрямку району її майбутнього падіння.

Головна частина ракети - це складний вантаж з багатьох елементів. Він містить боєголовку (одну або кілька), платформу, на якій ці боєголовки розміщені разом з усім іншим господарством (на кшталт засобів обману радарів і протиракет противника), і обтічник. Ще в головній частині є паливо і стислі гази. Вся головна частина до мети не полетить. Вона, як раніше і сама балістична ракета, розділиться на багато елементів і просто перестане існувати як одне ціле. Обтічник від неї відокремиться ще неподалік від району пуску, при роботі другого ступеня, і десь там по дорозі і впаде. Платформа розвалиться при вході в повітря району падіння. Крізь атмосферу до мети дійдуть елементи тільки одного типу. Боєголовки. Поблизу боєголовка виглядає як витягнутий конус довжиною метр чи півтора, в основі товщиною з тулуб людини. Ніс конуса загострений або трохи затуплений. Конус цей - спеціальний літальний апарат, завдання якого - доставка зброї до мети. Ми повернемося до боєголовкам пізніше і познайомимося з ними ближче.

Тягнути або штовхати?

У ракеті всі боєголовки розташовані на так званій ступені розведення, або в «автобусі». Чому автобус? Тому що, звільнившись спочатку від обтічника, а потім від останньої розгінного ступеня, ступінь розведення розвозить боєголовки, як пасажирів за заданими зупинок, по своїх траєкторіях, за якими смертоносні конуси розійдуться до своїх цілей.

Ще «автобус» називають бойової ступенем, тому що її робота визначає точність наведення боєголовки в точку цілі, а значить, і бойову ефективність. Ступінь розведення і її робота - один з найбільших секретів в ракеті. Але ми все ж злегка, схематично, поглянемо на цю таємничу щабель і на її непростий танець в космосі.

Ступінь розведення має різні форми. Найчастіше вона схожа на круглий пеньок або на широкий коровай хліба, на якому зверху встановлені боєголовки вістрями вперед, кожна на своєму пружинному штовхачі. Боєголовки заздалегідь розташовані під точними кутами відділення (на ракетній базі, вручну, за допомогою теодолітів) і дивляться в різні боки, як пучок морквин, як голки у їжачка. Наїжачена боєголовками платформа займає в польоті заданий, гіростабілізованого в просторі положення. І в потрібні моменти з неї поодинці виштовхуються боєголовки. Виштовхуються відразу після завершення розгону і відділення від останньої розгінного ступеня. Поки (хіба мало що?) Не збили протиракетною зброєю весь цей нерозведений вулик або не відмовився що-небудь на борту ступені розведення.

На знімках - ступені розведення американської важкої МБР LGM0118A Peacekeeper, також відомої як MX. Ракета була оснащена десятьма боєголовками по 300 кт. Ракета знята з озброєння в 2005 році.

Але так було раніше, на зорі разделяющихся головних частин. Зараз розведення є зовсім іншу картину. Якщо раніше боєголовки «стирчали» вперед, то тепер попереду по ходу знаходиться сама щабель, а боєголовки висять знизу, вершинами назад, перевернуті, як кажани. Сам «автобус» в деяких ракетах теж лежить в перевернутому стані, в спеціальній виїмці в верхньому щаблі ракети. Тепер після відділення щабель розведення не штовхається, а тягне боєголовки за собою. Причому тягне, впираючись хрестоподібно розставленими чотирма «лапами», розгорнутими попереду. На кінцях цих металевих лап знаходяться спрямовані назад тягові сопла ступені розведення. Після відділення від розгінного ступеня «автобус» дуже точно, прецизионно виставляє свій рух в нинішньому космосі за допомогою власної потужної системи наведення. Сам займає точну стежку черговий боєголовки - її індивідуальну стежку.

Потім розмикаються спеціальні безінерційні замки, що тримали чергову відокремлювану боєголовку. І навіть не відокремлена, а просто тепер уже нічим не пов'язана зі ступенем боєголовка залишається нерухомо висіти тут же, в повній невагомості. Почалися і потекли миті її власного польоту. Немов одна окрема ягода поруч з гроном винограду з іншими виноградинами-боєголовками, ще не зірваними з рівня процесом розведення.

К-551 «Володимир Мономах» - російський атомний підводний човен стратегічного призначення (проект 955 «Борей»), озброєна 16 твердопаливними МБР «Булава» з десятьма розділяються бойовими блоками.

делікатні руху

Тепер завдання ступені - відповзти від боєголовки якомога делікатніше, не порушивши її точно виставленого (націленого) руху газовими струменями своїх сопел. Якщо надзвукова струмінь сопла потрапить по відокремленій боєголовці, то неминуче внесе свою добавку в параметри її руху. За наступні часи польоту (а це півгодини - хвилин п'ятдесят, в залежності від дальності пуску) боєголовка продрейфует від цього вихлопного «ляпанця» струменя на півкілометра-кілометр убік від цілі, а то й далі. Продрейфует без перешкод: там же космос, шльопнули - попливла, нічим не стримуючись. Але хіба кілометр убік - це точність сьогодні?

Підводні човни проекту 955 «Борей» - серія російських атомних підводних човнів класу «ракетний підводний крейсер стратегічного призначення» четвертого покоління. Спочатку проект створювався під ракету «Барк», їй на зміну прийшла «Булава».

Щоб уникнути таких ефектів, як раз і потрібні рознесені в сторони чотири верхні «лапи» з двигунами. Ступінь як би підтягується на них вперед, щоб струмені вихлопів йшли на всі боки і не могли зачепити відокремлювану черевцем ступені боєголовку. Вся тяга розділена між чотирма соплами, що знижує потужність кожної окремої струменя. Є й інші особливості. Наприклад, якщо на бублікообразной ступені розведення (з порожнечею посередині - цим отвором вона надіта на розгінну ступінь ракети, як обручка на палець) ракети «Трайдент-II D5» система управління визначає, що відокремлена боєголовка все ж потрапляє під вихлоп одного з сопел, то система управління це сопло відключає. Робить «тишу» над боєголовкою.

Ступінь ніжно, як мати від колиски заснув дитини, боячись порушити його спокій, навшпиньках відходить в просторі на трьох, що залишилися соплах в режимі малої тяги, а боєголовка залишається на прицільної траєкторії. Потім «бублик» щаблі з хрестовиною тягових сопел провертається навколо осі, щоб боєголовка вийшла з-під зони факела вимкненого сопла. Тепер ступінь відходить від залишеної боєголовки вже на всіх чотирьох соплах, але поки теж на малому газу. При досягненні достатньої відстані включається основна тяга, і ступінь енергійно переміщується в область прицільної траєкторії наступної боєголовки. Там розрахунково гальмується і знову дуже точно встановлює параметри свого руху, після чого відокремлює від себе чергову боєголовку. І так - поки не висадить кожну боєголовку на її траєкторію. Процес цей швидкий, набагато швидше, ніж ви читаєте про нього. За півтори-дві хвилини бойова щабель розводить десяток боєголовок.

Американські підводні човни класу «Огайо» - єдиний тип ракетоносців, що знаходиться на озброєнні США. Несе на борту 24 балістичних ракети з РГЧ Trident-II (D5). Кількість бойових блоків (в залежності від потужності) - 8 або 16.

безодні математики

Сказаного вище цілком достатньо для розуміння, як починається власний шлях боєголовки. Але якщо відкрити двері трохи ширше і кинути погляд трохи глибше, можна помітити, що сьогодні розворот в просторі ступені розведення, несе боєголовки, - це область застосування кватерніонів обчислення, де бортова система орієнтації обробляє вимірювані параметри свого руху з безперервним побудовою на борту кватерниона орієнтації. Кватерніон - це таке комплексне число (над полем комплексних чисел лежить плоске тіло кватерніонів, як сказали б математики на своєму точному мовою визначень). Але не зі звичайними двома частинами, дійсної і уявної, а з одного дійсної і трьома уявними. Разом у кватерниона чотири частини, про що, власне, і каже латинський корінь quatro.

Ступінь розведення виконує свою роботу досить низько, відразу після виключення розгінних ступенів. Тобто на висоті 100-150 км. А там ще позначається вплив гравітаційних аномалій поверхні Землі, неоднорідностей в рівному полі тяжіння, що оточує Землю. Звідки вони? З нерівностей рельєфу, гірських систем, залягання порід різної щільності, океанічних западин. Гравітаційні аномалії або притягують до себе щабель додатковим тяжінням, або, навпаки, злегка відпускають її від Землі.

У таких неоднородностях, складної ряби місцевого гравітаційного поля, ступінь розведення повинна розставити боєголовки з прецизійної точністю. Для цього довелося створити більш детальну карту гравітаційного поля Землі. «Викладати» особливості реального поля краще в системах диференціальних рівнянь, що описують точне балістична рух. Це великі, місткі (для включення подробиць) системи з декількох тисяч диференціальних рівнянь, з декількома десятками тисяч чисел-констант. А саме гравітаційне поле на низьких висотах, в безпосередній навколоземній області, розглядають як спільне тяжіння декількох сотень точкових мас різного «ваги», розташованих біля центру Землі в певному порядку. Так досягається більш точне моделювання реального поля тяжіння Землі на трасі польоту ракети. І більш точна робота з ним системи управління польотом. А ще ... але повно! - Не будемо заглядати далі і закриємо двері; нам цілком вистачить і сказаного.

Корисне навантаження міжконтинентальної балістичної ракети більшу частину польоту проводить в режимі космічного об'єкта, піднімаючись на висоту, в три рази більше висоти МКС. Величезної довжини траєкторія повинна бути прорахована з особливою точністю.

Політ без боєголовок

Ступінь розведення, розігнана ракетою в сторону того ж географічного району, куди повинні впасти боєголовки, продовжує свій політ разом з ними. Адже відстати вона не може, та й навіщо? Після розведення боєголовок щабель терміново займається іншими справами. Вона відходить в сторону від боєголовок, заздалегідь знаючи, що буде летіти трохи не так, як боєголовки, і не бажаючи їх потривожити. Всі свої подальші дії щабель розведення теж присвячує боєголовкам. Це материнське бажання всіляко оберігати політ своїх «дітей» триває всю її залишилася недовге життя. Недовгу, але насичену.

Після відокремлених боєголовок настає черга інших підопічних. В боки від ступені починають розлітатися найзабавніші штуковини. Немов фокусник, випускає вона в простір безліч надуваються повітряних кульок, якісь металеві штучки, що нагадують розкриті ножиці, і предмети всяких інших форм. Міцні повітряні кульки яскраво виблискують в космічному сонце ртутним блиском металізованої поверхні. Вони досить великі, деякі за формою нагадують боєголовки, які летять неподалік. Їх поверхня, покрита алюмінієвим напиленням, відображає радіосигнал радара видали майже так само, як і корпус боєголовки. Наземні радари противника сприймуть ці надувні боєголовки нарівні з реальними. Зрозуміло, в перші ж миті входу в атмосферу ці кульки відстануть і негайно лопнуть. Але до цього вони будуть відволікати на себе і завантажувати обчислювальні потужності наземних радарів - і далекого виявлення, і наведення протиракетних комплексів. Мовою перехоплювачів балістичних ракет це називається «ускладнювати поточну балістичну обстановку». А все небесне воїнство, невблаганно рухається до району падіння, включаючи бойові блоки справжні і несправжні, надувні кульки, дипольні і кутові відбивачі, вся ця різношерста зграя називається «множинні балістичні цілі в ускладненою балістичної обстановці».

Ножиці металеві розкриваються і стають електричними дипольними відбивачами - їх безліч, і вони добре відображають радіосигнал обмацує їх променя радара дальнього протиракетного виявлення. Замість десяти шуканих жирних качок радар бачить величезну розмиту зграю маленьких горобців, в якій важко щось розібрати. Пристрої всяких форм і розмірів відображають різні довжини хвиль.

Крім всієї цієї мішури, ступінь теоретично може сама випускати радіосигнали, які заважають наводитися протиракетам противника. Або відволікати їх на себе. Зрештою, хіба мало чим вона може бути зайнята - адже летить ціла щабель, велика і складна, чому б не навантажити її хорошою сольною програмою?

На фото - пуск міжконтинентальної ракети Trident II (США) з підводного човна. На даний момент Trident ( «Тризуб») - єдине сімейство МБР, ракети якого встановлюються на американських підводних човнах. Максимальний вага, що закидається - 2800 кг.

Останній відрізок

Однак з точки зору аеродинаміки ступінь не боєголовка. Якщо та - маленька і важкенько вузька морквина, то ступінь - пусте велике відро, з гучними спустілими паливними баками, великим Необтічне корпусом і відсутністю орієнтації в починаючого набігати потоці. Своїм широким тілом з пристойною парусністю щабель набагато раніше відгукується на перші подуву зустрічного потоку. Боєголовки до того ж розгортаються уздовж потоку, з найменшим аеродинамічним опором пробиваючи атмосферу. Ступінь же навалюється на повітря своїми великими боками і днищами як доведеться. Боротися з гальмує силою потоку вона не може. Її балістичний коефіцієнт - «сплав» масивності і компактності - набагато гірше боеголовочного. Відразу і сильно починає вона сповільнюватися і відставати від боєголовок. Але сили потоку наростають невблаганно, одночасно і температура прогріває тонкий незахищений метал, позбавляючи його міцності. Залишки палива весело киплять в розжарюється баках. Нарешті, відбувається втрата стійкості конструкції корпусу під обжавши її аеродинамічній навантаженням. Перевантаження допомагає трощити перебирання всередині. Крак! Хрясь! Зім'яв тіло тут же охоплюють гіперзвукові ударні хвилі, розриваючи щабель на частини і розкидаючи їх. Пролетівши трохи в ущільнюється повітрі, шматки знову розламується на більш дрібні фрагменти. Залишки палива реагують миттєво. Розлітаються осколки конструктивних елементів з магнієвих сплавів запалюються розпеченим повітрям і миттєво згорають з сліпучим спалахом, схожою на спалах фотоапарата - недарма в перших фотоспалах підпалювали магній!

Всі зараз горить вогнем, все обтягнуте розпеченій плазмою і добре світить навколо помаранчевим кольором вугілля з багаття. Більш щільні частини йдуть гальмуватися вперед, більш легкі і вітрильні здуваються в хвіст, що розтягується по небу. Все палаючі компоненти дають щільні димові шлейфи, хоча на таких швидкостях цих самих щільних шлейфів бути не може через жахливого розведення потоком. Але видали їх видно прекрасно. Викинуті частки диму розтягуються по сліду польоту цього каравану шматків і шматочків, наповнюючи атмосферу широким білим слідом. Ударна іонізація породжує нічний зеленуватесвітіння цього шлейфу. Через неправильної форми фрагментів їх гальмування стрімко: все, що не згоріло, швидко втрачає швидкість, а з нею і міцні напої дію повітря. Сверхзвук - найсильніший гальмо! Ставши в небі, немов розвалюється на шляхах поїзд, і тут же охолодити висотним морозним дозвуком, смуга фрагментів стає візуально нерозрізненої, втрачає свою форму і лад і переходить в довгий, хвилин на двадцять, тихе хаотичне розсіювання в повітрі. Якщо опинитися в потрібному місці, можна почути, як тихо дзвякне про стовбур берези маленький обгорілий шматочок дюралю. Ось ти і прибула. Прощай, ступінь розведення!

Ракета - засіб пересування людини в повітрі, в атмосфері. Літаки та інші літальні апарати також служать для того, щоб літати. Але вони один від ...

Ракета - засіб пересування людини в повітрі, в атмосфері. Літаки та інші літальні апарати також служать для того, щоб літати. Але вони один від одного відрізняються. Ракета злітає, літаки і апарати літають. Але закони польоту різні. Ракета більше схожа на випущений в повітря великий снаряд. Ракета призначена для польотів в космос. І злітає вона за рахунок реактивної тяги.

Як рухається ракета? За рахунок реактивної тяги.
Чи може вона літати не тільки в повітрі? Може. Вона може летіти навіть у вакуумі. У космосі повітря немає, але ракета, тим не менш, летить. І навіть краще, ніж в повітрі.

Працює система польоту ракети по закону Ньютона. Гази в двигуні прискорюються, створюється тяга, яка створює силу. За допомогою цієї сили ракета рухається. Щоб рухатися, потрібно від чогось відштовхуватися. Коли їде машина або йде людина, вони відштовхуються від земної поверхні і знову на неї опускаються. Виходить рух вперед, оскільки діє сила тяги Землі. Ракета піднімається в космос, але назад не опускається. За допомогою реактивних газів вона відштовхується від Землі, але не повертається назад, долаючи силу тяги. Приблизно також діють водні об'єкти: плаває підводний човен, кальмар, акула.

Паливо, для того, щоб ракета злетіла, використовують саме різне. Воно може бути рідким і твердим. За рахунок спалювання палива ракета піднімається в повітря. Після камери згоряння палива знаходяться сопла. З них вивергається згорілий газ, який піднімає ракету в космос. Піднімається вгору ракету можна порівняти з вивергатися вулкан. Коли вона злітає в повітря, можна спостерігати великі клуби диму, запах гару, вогонь. Саме як при вулкані або великий вибух.

Ракета складається з декількох ступенів. По ходу її польоту ці ступені відокремлюються. У самому космосі, вже набагато легше, летить космічний корабель, який викинув весь зайвий вантаж, то, що було ракетою.

Приклад відділення ступенів

Слід зазначити те, що літак в космос вилетіти не може. Повітряна куля теж. З усіх відомих засобів пересування по повітрю ракета єдина піднімається в космос і може літати за межами планети Земля.

Це цікаво: ракета не найвідоміший літальний апарат на сьогоднішній день. Відомо, що в космосі колись літали вімана. Принцип польоту нагадує політ сьогоднішньої ракети. Верхню частину ракети нагадує вимана, але вона трохи іншої форми.

Як і чому злітає ракета

Для того щоб побачити, як злітає ракета, необхідно подивитися спеціальні телевізійні репортажі або відшукати відповідні відеозаписи в інтернеті. Стати безпосередніми свідками злету і на власні очі з невеликої відстані побачити, куди направляється апарат, можуть лише окремі особи, причетні до даного процесу, при цьому вони повинні знаходитися на території космодрому.

Як відбувається зліт

Стартувати космічний апарат сам по собі не може, для цього йому необхідно отримати команду з пункту управління. Ракета знаходиться у вертикальному положенні на космодромі, потім двигуни починають видавати потужний звук. Спочатку внизу з'являється яскраве полум'я значних розмірів, чути наростаючий гул. Потім ця ракета злітає вгору: спочатку з відносно невеликою швидкістю, потім швидше. З кожною секундою вона віддаляється від Землі все далі, звук при цьому стає сильнішою.

Досить скоро космічний апарат розташовується на висоті, на яку не в змозі піднятися як цивільні, так і військові літаки. На такій висоті літають тільки апарати, призначені для роботи в просторах Всесвіту, що знаходяться поза межами атмосфер небесних тіл. Буквально через хвилину злітає апарат виявляється в космосі, тобто в безповітряному просторі. Далі він продовжує свій шлях в залежності від маршруту, який був намічений на Землі. Цей апарат, як і раніше, керується з командного пункту.

реактивні двигуни

Звук, який видає ракета при зльоті, говорить про те, що вона обладнана реактивними двигунами. Мотори приводяться в дію силою, яка виникає в результаті появи потужного струменя розпечених газів. Ці гази утворюються в спеціальній камері тоді, коли згорає паливо. Може здатися неймовірним, що вони мають здатність запросто виводити на космічну орбіту ракету вагою в кілька тонн, при цьому характерний звук чути на досить великій відстані від місця запуску.

Разом з тим слід мати на увазі, що повітря, що міститься в камерах велосипедів або автомобілів, успішно витримує масу як людей, які керують двоколісними транспортними засобами, так і водіїв машин, а також їх пасажирів та вантажів. Тому немає нічого дивного в тому, що надто розпечений газ, з величезною силою виривається з сопла ракети, здатний штовхати її наверх з великою швидкістю. Практично після кожного запуску ракети майданчик для її старту, споруджена з використанням особливо міцних матеріалів, потребує ремонту, адже ракети не повинні злетіти з пошкодженої поверхні.

Третій закон Ньютона

Йдеться про закон, під яким мають на увазі закон збереження імпульсу. Спочатку ракета, нерухомо розташована на стартовому майданчику перед запуском, має імпульс, рівний нулю. Після включення двигунів наростає звук, при згорянні палива утворюються газоподібні продукти високої температури, які на високій швидкості вириваються із сопла літального апарату. Це призводить до створення вектора імпульсу, який спрямований вниз.

Однак існує закон збереження імпульсу, згідно з яким сумарний імпульс, придбаний злітає апаратом щодо стартового майданчика, повинен як і раніше дорівнювати нулю. Тут виникає інше вектор імпульсу, дія якого спрямована на зрівноважування вироби по відношенню до які йдуть газам. Він з'являється за рахунок того, що космічний апарат, який стояв нерухомо, починає рух. Імпульс, спрямований вгору, дорівнює вазі вироби, помноженому на його швидкість.

У разі якщо двигуни ракети досить потужні, вона набирає швидкість швидко. Даною швидкості достатньо, щоб вивести космічний корабель на навколоземну орбіту протягом досить нетривалого часу. НБУ: апарат має потужність, яка безпосередньо залежить від заправленого в нього палива. У радянський період ракетні двигуни працювали на авіаційному гасі. В даний час використовується більш складна хімічна суміш, яка при згорянні виділяє величезну кількість енергії.

А ми знаємо, що щоб відбувався рух, необхідно вплив деякої сили. Тіло або сама повинна відштовхнутися від чогось, або стороннє тіло має штовхнути дане. Це добре відомо і зрозуміло нам з життєвого досвіду.

Від чого відштовхнутися в космосі?

У поверхні Землі можна відштовхнутися від поверхні або від знаходяться на ній предметів. Для пересування по поверхні використовують ноги, колеса, гусениці і так далі. У воді і повітрі можна відштовхуватися від самих води і повітря, що мають певну щільність, і тому дозволяють взаємодіяти з ними. Природа для цього пристосувала плавники і крила.

Людина створила двигуни на основі пропелерів, які у багато разів збільшують площу контакту із середовищем за рахунок обертання і дозволяють відштовхуватися від води і повітря. А як бути в разі безповітряного простору? Від чого відштовхуватися в космосі? Там немає повітря, там нічого немає. Як здійснювати польоти в космосі? Ось тут-то і приходить на допомогу закон збереження імпульсу і принцип реактивного руху. Розберемо докладніше.

Імпульс і принцип реактивного руху

Імпульс це добуток маси тіла на його швидкість. Коли тіло нерухомо, його швидкість дорівнює нулю. Однак тіло володіє деякою масою. При відсутності сторонніх впливів, якщо частина маси відокремиться від тіла з деякою швидкістю, то за законом збереження імпульсу, решта тіла теж повинна придбати деяку швидкість, щоб сумарний імпульс залишився як і раніше рівним нулю.

Причому швидкість залишилася основної частини тіла буде залежати від того, з якою швидкістю відокремиться менша частина. Чим ця швидкість буде вище, тим вище буде і швидкість основного тіла. Це зрозуміло, якщо згадати поведінку тіл на льоду або в воді.

Якщо дві людини будуть знаходитися поруч, а потім один з них штовхне іншого, то він не тільки додасть тому прискорення, а й сам відлетить назад. І чим сильніше він штовхне кого-небудь, тим з більшою швидкістю відлетить сам.

Напевно, вам доводилося бувати в подібній ситуації, і ви можете уявити собі, як це відбувається. Так ось, саме на цьому й грунтується реактивне рух.

Ракети, в яких реалізований цей принцип, викидають деяку частину своєї маси на великій швидкості, внаслідок чого самі набувають деяке прискорення в протилежному напрямку.

Потоки розжарених газів, що виникають в результаті згоряння палива, викидаються через вузькі сопла для додання їм максимально великій швидкості. При цьому, на величину маси цих газів зменшується маса ракети, і вона набуває певної швидкість. Таким чином реалізований принцип реактивного руху в фізиці.

Принцип польоту ракети

У ракетах застосовують багатоступеневу систему. Під час польоту нижня щабель, витративши весь свій запас палива, відділяється від ракети, щоб зменшити її загальну масу і полегшити політ.

Кількість ступенів зменшується, поки не залишається робоча частина у вигляді супутника або іншого космічного апарату. Паливо розраховують таким чином, щоб його вистачило якраз для виходу на орбіту.