Как взлетает ракета? Почему летит и как устроена ракета.

А мы знаем, что чтобы происходило движение, необходимо воздействие некоторой силы. Тело либо само должно оттолкнуться от чего-нибудь, либо стороннее тело должно толкнуть данное. Это хорошо известно и понятно нам из жизненного опыта.

От чего оттолкнуться в космосе?

У поверхности Земли можно оттолкнуться от поверхности либо от находящихся на ней предметов. Для передвижения по поверхности используют ноги, колеса, гусеницы и так далее. В воде и воздухе можно отталкиваться от самих воды и воздуха, имеющих определенную плотность, и потому позволяющих взаимодействовать с ними. Природа для этого приспособила плавники и крылья.

Человек создал двигатели на основе пропеллеров, которые во много раз увеличивают площадь контакта со средой за счет вращения и позволяют отталкиваться от воды и воздуха. А как быть в случае безвоздушного пространства? От чего отталкиваться в космосе? Там нет воздуха, там ничего нет. Как осуществлять полеты в космосе? Вот тут-то и приходит на помощь закон сохранения импульса и принцип реактивного движения. Разберем подробнее.

Импульс и принцип реактивного движения

Импульс это произведение массы тела на его скорость. Когда тело неподвижно, его скорость равна нулю. Однако тело обладает некоторой массой. При отсутствии сторонних воздействий, если часть массы отделится от тела с некоторой скоростью, то по закону сохранения импульса, остальная часть тела тоже должна приобрести некоторую скорость, чтобы суммарный импульс остался по-прежнему равным нулю.

Причем скорость оставшейся основной части тела будет зависеть от того, с какой скоростью отделится меньшая часть. Чем эта скорость будет выше, тем выше будет и скорость основного тела. Это понятно, если вспомнить поведение тел на льду или в воде.

Если два человека будут находиться рядом, а потом один из них толкнет другого, то он не только придаст тому ускорение, но и сам отлетит назад. И чем сильнее он толкнет кого-либо, тем с большей скоростью отлетит сам.

Наверняка, вам приходилось бывать в подобной ситуации, и вы можете представить себе, как это происходит. Так вот, именно на этом и основано реактивное движение .

Ракеты, в которых реализован этот принцип, выбрасывают некоторую часть своей массы на большой скорости, вследствие чего сами приобретают некоторое ускорение в противоположном направлении.

Потоки раскаленных газов, возникающие в результате сгорания топлива, выбрасываются через узкие сопла для придания им максимально большой скорости. При этом, на величину массы этих газов уменьшается масса ракеты, и она приобретает некую скорость. Таким образом реализован принцип реактивного движения в физике.

Принцип полета ракеты

В ракетах применяют многоступенчатую систему. Во время полета нижняя ступень, израсходовав весь свой запас топлива, отделяется от ракеты, чтобы уменьшить ее общую массу и облегчить полет.

Количество ступеней уменьшается, пока не остается рабочая часть в виде спутника или иного космического аппарата. Топливо рассчитывают таким образом, чтобы его хватило как раз для выхода на орбиту.

Ракета – средство передвижения человека в воздухе, в атмосфере. Самолеты и другие летательные аппараты также служат для того, чтобы летать. Но они друг от...

Ракета – средство передвижения человека в воздухе, в атмосфере . Самолеты и другие летательные аппараты также служат для того, чтобы летать. Но они друг от друга отличаются. Ракета взлетает, самолеты и аппараты летают. Но законы полета разные. Ракета больше похожа на выпущенный в воздух большой снаряд. Ракета предназначена для полетов в космос. И взлетает она за счет реактивной тяги.

Как движется ракета? За счет реактивной тяги.
Может ли она летать не только в воздухе? Может. Она может лететь даже в вакууме. В космосе воздуха нет, но ракета, тем не менее, летит. И даже лучше, чем в воздухе.

Работает система полета ракеты по закону Ньютона . Газы в двигателе ускоряются, создается тяга, которая создает силу. С помощью этой силы ракета движется. Чтобы двигаться, нужно от чего-то отталкиваться. Когда едет машина или идет человек, они отталкиваются от земной поверхности и снова на нее опускаются. Получается движение вперед, поскольку действует сила тяги Земли. Ракета поднимается в космос, но обратно не опускается. С помощью реактивных газов она отталкивается от Земли, но не возвращается назад, преодолевая силу тяги . Примерно также действуют водные объекты: плавает подводная лодка, кальмар, акула.

Топливо, для того, чтобы ракета взлетела, используют самое разное. Оно может быть жидким и твердым. За счет сжигания топлива ракета поднимается в воздух. После камеры сгорания топлива находятся сопла. Из них извергается сгоревший газ, который поднимает ракету в космос. Поднимающуюся ввысь ракету можно сравнить с извергающимся вулканом. Когда она взлетает в воздух, можно наблюдать большие клубы дыма, запах гари, огонь. Именно как при вулкане или большом взрыве.

Ракета состоит из нескольких ступеней. По ходу ее полета эти ступени отделяются. В самом космосе, уже гораздо легче, летит космический корабль, который выкинул весь лишний груз, то, что было ракетой.

Пример отделения ступеней

Следует отметить то, что самолет в космос вылететь не может. Воздушный шар тоже. Из всех известных средств передвижения по воздуху ракета единственная поднимается в космос и может летать за пределами планеты Земля.

Это интересно: ракета не самый известный летательный аппарат на сегодняшний день. Известно, что в космосе когда-то летали виманы. Принцип полета напоминает полет сегодняшней ракеты. Верхнюю часть ракеты напоминает вимана, но она немного другой формы.

Как и почему взлетает ракета

Для того чтобы увидеть, как взлетает ракета, необходимо посмотреть специальные телевизионные репортажи или отыскать соответствующие видеозаписи в интернете. Стать непосредственными свидетелями взлета и собственными глазами с небольшого расстояния увидеть, куда направляется аппарат, могут лишь отдельные лица, причастные к данному процессу, при этом они должны находиться на территории космодрома.

Как происходит взлет

Стартовать космический аппарат сам по себе не может, для этого ему необходимо получить команду с пункта управления. Ракета находится в вертикальном положении на космодроме, затем двигатели начинают издавать мощный звук. Сначала внизу появляется яркое пламя внушительных размеров, слышен нарастающий гул. Потом эта ракета взлетает наверх: сначала с относительно небольшой скоростью, затем быстрее. С каждой секундой она отдаляется от Земли все дальше, звук при этом становится сильнее.

Довольно скоро космический аппарат располагается на высоте, на которую не в состоянии подняться как гражданские, так и боевые самолеты. На такой высоте летают только аппараты, предназначенные для работы в просторах Вселенной, находящихся вне границ атмосфер небесных тел. Буквально через минуту взлетающий аппарат оказывается в космосе, то есть в безвоздушном пространстве. Далее он продолжает свой путь в зависимости от маршрута, который был намечен на Земле. Этот аппарат, как и ранее, управляется из командного пункта.

Реактивные двигатели

Звук, который издает ракета при взлете, говорит о том, что она оборудована реактивными двигателями. Моторы приводятся в действие силой, которая возникает в результате появления мощной струи раскаленных газов. Эти газы образуются в специальной камере тогда, когда сгорает топливо. Может показаться невероятным, что они обладают способностью запросто выводить на космическую орбиту ракету весом в несколько тонн, при этом характерный звук слышен на достаточно большом расстоянии от места запуска.

Вместе с тем следует иметь в виду, что воздух, содержащийся в камерах велосипедов или автомобилей, успешно выдерживает массу как людей, управляющих двухколесными транспортными средствами, так и водителей машин, а также их пассажиров и грузов. Поэтому нет ничего удивительного в том, что чересчур раскаленный газ, с огромной силой вырывающийся из сопла ракеты, способен толкать ее наверх с большой скоростью. Практически после каждого запуска ракеты площадка для ее старта, сооруженная с использованием особо прочных материалов, нуждается в ремонте, ведь ракеты не должны взлететь с поврежденной поверхности.

Третий закон Ньютона

Речь идет о законе, под которым подразумевают закон сохранения импульса. Изначально ракета, неподвижно расположенная на стартовой площадке перед запуском, имеет импульс, равный нулю. После включения двигателей нарастает звук, при сгорании топлива образуются газообразные продукты высокой температуры, которые на высокой скорости вырываются из сопла летательного аппарата. Это приводит к созданию вектора импульса, который направлен вниз.

Однако существует закон сохранения импульса, согласно которому суммарный импульс, приобретенный взлетающим аппаратом относительно стартовой площадки, должен по-прежнему равняться нулю. Здесь возникает другой вектор импульса, действие которого направлено на уравновешивание изделия по отношению к уходящим газам. Он появляется за счет того, что космический аппарат, который стоял неподвижно, начинает движение. Импульс, направленный вверх, равняется весу изделия, умноженному на его скорость.

В случае если двигатели ракеты достаточно мощные, она набирает скорость быстро. Данной скорости достаточно, чтобы вывести космический корабль на околоземную орбиту в течение довольно непродолжительного времени. Взлетающий аппарат имеет мощность, которая напрямую зависит от заправленного в него топлива. В советский период ракетные двигатели работали на авиационном керосине. В настоящее время используется более сложная химическая смесь, которая при сгорании выделяет огромное количество энергии.

мы разбирали важнейший компонент полета в глубокий космос – гравитационный маневр. Но в силу своей сложности такой проект, как космический полет, всегда можно разложить на большой ряд технологий и изобретений, которые делают его возможным. Таблица Менделеева, линейная алгебра, расчеты Циолковского, сопромат и еще целые области науки внесли свою лепту в первый, да и все последующие полеты человека в космос. В сегодняшней статье мы расскажем, как и кому пришла в голову идея космической ракеты, из чего она состоит и как из чертежей и расчетов ракеты превратились в средство доставки людей и грузов в космос.

Краткая история ракет

Общий принцип реактивного полета, который лег в основу всех ракет, прост - от тела отделяется какая-то часть, приводящая все остальное в движение.

Кто первым реализовал этот принцип – неизвестно, но различные догадки и домыслы доводят генеалогию ракетостроения аж до Архимеда. Доподлинно о первых подобных изобретениях известно, что ими активно пользовались китайцы, которые заряжали их порохом и за счет взрыва запускали в небо. Таким образом они создали первые твердотопливные ракеты. Большой интерес к ракетам появился у европейских правительств в начале

Второй ракетный бум

Ракеты ждали своего часа и дождались: в 1920-х годах начался второй ракетный бум, и связан он в первую очередь с двумя именами.

Константин Эдуардович Циолковский - ученый-самоучка из Рязанской губернии, невзирая на трудности и препятствия, сам дошел до многих открытий, без которых невозможно было бы даже говорить о космосе. Идея использования жидкого топлива, формула Циолковского, которая рассчитывает необходимую для полета скорость, исходя из соотношения конечной и начальной масс, многоступенчатая ракета - все это его заслуга. Во многом под влиянием его трудов создавалось и оформлялось отечественное ракетостроение. В Советском Союзе начали стихийно возникать общества и кружки по изучению реактивного движения, в числе которых ГИРД - группа изучения реактивного движения, а в 1933 году под патронажем властей появился Реактивный институт.

Константин Эдуардович Циолковский.
Источник: Wikimedia.org

Второй герой ракетной гонки - немецкий физик Вернер фон Браун. Браун имел отличное образование и живой ум, а после знакомства с другим светилом мирового ракетостроения, Генрихом Обертом, он решил приложить все свои силы к созданию и усовершенствованию ракет. В годы Второй Мировой фон Браун фактически стал отцом «оружия возмездия» Рейха - ракеты «Фау-2», которую немцы начали применять на поле боя в 1944 году. «Крылатый ужас», как называли её в прессе, принес разрушение многим английским городам, но, к счастью, на тот момент крах нацизма был уже делом времени. Вернер фон Браун вместе со своим братом решил сдаться в плен к американцам, и, как показала история, это был счастливый билет не только и не столько для ученых, сколько для самих американцев. С 1955 года Браун работает на американское правительство, и его изобретения ложатся в основу космической программы США.

Но вернемся в 1930-е. Советское правительство по достоинству оценило рвение энтузиастов на пути к космосу и решило употребить его в своих интересах. В годы войны себя отлично показала «Катюша» - система залпового огня, которая стреляла реактивными ракетами. Это было во многом инновационное оружие: «Катюша» на базе легкого грузовика «Студебеккер» приезжала, разворачивалась, обстреливала сектор и уезжала, не давая немцам опомниться.

Окончание войны подкинуло нашему руководству новую задачу: американцы продемонстрировали миру всю мощь ядерной бомбы, и стало совершенно очевидно, что на статус сверхдержавы может претендовать только тот, у кого есть нечто похожее. Но здесь была проблема. Дело в том, что, помимо самой бомбы, нам нужны были средства доставки, которые бы смогли обойти ПВО США. Самолеты для этого не годились. И СССР решил сделать ставку на ракеты.

Константин Эдуардович Циолковский умер в 1935 году, но ему на смену пришло целое поколение молодых ученых, которое и отправило человека в космос. Среди этих ученых был Сергей Павлович Королев, которому суждено было стать «козырем» Советов в космической гонке.

СССР принялся за создание своей межконтинентальной ракеты со всем усердием: были организованы институты, собраны лучшие ученые, в подмосковных Подлипках создается НИИ по ракетному вооружению, и работа кипит вовсю.

Только колоссальное напряжение сил, средств и умов позволило Советскому Союзу в кратчайшие сроки построить свою ракету, которую назвали Р-7. Именно её модификации вывели в космос «Спутник» и Юрия Гагарина, именно Сергей Королев и его соратники дали старт космической эре человечества. Но из чего состоит космическая ракета?

Конструкция ракеты

Схема двухступенчатой ракеты.

Чтобы вырваться за пределы земной атмосферы, ракетам требуется огромное количество энергии. При сгорании ракетного топлива образуется поток горячих газов, вырывающийся наружу через реактивное сопло. В результате возникает сила, толкающая ракету вперед — так же как воздух, вырывающийся из воздушного шарика, заставляет его лететь в противоположном направлении.

«Спейс Шаттл» для выхода на околоземную орбиту использует сразу две ракеты. Когда корабль оказывается в космосе, ракеты-носители и главный топливный бак отсоединяются и падают обратно на Землю.
«Шаттл» выводит на орбиту спутники, проводит различные научные эксперименты. На обратном пути он планирует и приземляется, как обычный самолет.

1. Топливные баки содержат около двух миллионов литров (около полумиллиона галлонов) ракетного топлива.
2. Парашюты замедляют скорость падения ракетных ускорителей на Землю после их отсоединения.
3. Экипаж “Шаттла” может состоять из семи человек.
4. Ракетный ускоритель
5. Грузовой отсек
6. Спутник
7. Шасси

Что такое спутник?

Спутником называется любое тело, вращающееся вокруг планеты. Луна — спутник Земли Точно так же спутником Земли становится вышедший на ее орбиту космический аппарат. Искусственные спутники Земли находят самое разнообразное применение. Метеорологические спутники фотографируют облачный покров Земли, что помогает ученым предсказывать погоду. Астрономические спутники передают на землю информацию о звездах и планетах Спутники связи ретранслируют по всему миру телефонные разговоры и телевизионные передачи.

На рисунке слева — сделанная спутником фотография бури, которая только что миновала Великобританию и приближается к Скандинавии.

Вы это знали?

Когда астрономы смотрят на звезды, они видят многие из них такими, какими они были тысячи или даже миллионы лет назад. Некоторые из этих звезд, возможно, давно уже не существуют. Свет звезд идет к Земле так долго потому, что расстояние до них невероятно велико.

Космос - это таинственное и максимально неблагоприятное пространство. Тем не менее Циолковский считал, что будущее человечества заключается именно в космосе. Нет никаких оснований спорить с этим великим ученым. Космос - это безграничные перспективы для развития всей человеческой цивилизации и расширения жизненного пространства. Кроме того, он скрывает в себе ответы на многие вопросы. Сегодня человек активно использует космическое пространство. И от того, как взлетают ракеты, зависит наше будущее. Не менее важно и понимание людьми этого процесса.

Космическая гонка

Не так давно две могучие сверхдержавы находились в состоянии холодной войны. Это было похоже на бесконечное состязание. Многие этот промежуток времени предпочитают описывать как обычную гонку вооружений, но это совершенно не так. Это гонка науки. Именно ей мы обязаны многими гаджетами и благами цивилизации, к которым так привыкли.

Космическая гонка была лишь одним из важнейших элементов холодной войны. Всего за несколько десятилетий человек перешел от обычных атмосферных полетов к высадке на Луне. Это невероятный прогресс, если сравнивать с другими достижениями. В то прекрасное время люди думали, что освоение Марса — это куда более близкая и реальная задача, чем примирение СССР и США. Именно тогда люди были максимально увлечены космосом. Практически каждый студент или школьник понимал, как взлетает ракета. Это не было сложным знанием, наоборот. Такая информация была простой и очень интересной. Астрономия приобрела чрезвычайную важность среди других наук. В те годы никто и сказать не мог, что Земля плоская. Доступное образование повсеместно ликвидировало невежество. Однако те времена давно прошли, и сегодня все совсем не так.

Декаданс

С распадом СССР закончилась и конкуренция. Пропал повод для сверхфинансирования космических программ. Многие перспективные и прорывные проекты так и не были реализованы. Время стремления к звездам сменилось настоящим декадансом. Что, как известно, обозначает упадок, регресс и определенную степень деградации. Для того чтобы понять это, не нужно быть гением. Достаточно обратить внимание на медиасети. Секта плоской земли активно ведет свою пропаганду. Люди не знают элементарных вещей. В Российской Федерации астрономия и вовсе не преподается в школах. Если подойти к прохожему и поинтересоваться, как взлетают ракеты, он не ответит на этот простой вопрос.

Люди даже не знают о том, по какой траектории ракеты летают. В таких условиях нет и смысла спрашивать про орбитальную механику. Отсутствие должного образования, "Голливуд" и видеоигры - все это создало ложное представление о космосе как таковом и о полетах к звездам.

Это не вертикальный полет

Земля не плоская, и это неоспоримый факт. Земля даже не шар, ведь она немного сплюснута по полюсам. Как взлетают ракеты в таких условиях? Поэтапно, в несколько стадий и не вертикально.

Самое большое заблуждение нашего времени состоит в том, что ракеты взлетают вертикально. Это совсем не так. Такая схема выхода на орбиту возможна, но очень неэффективна. Ракетное топливо заканчивается очень быстро. Иногда - менее чем за 10 минут. Для такого взлета попросту не хватит топлива. Современные ракеты взлетают вертикально только на начальном этапе полета. Затем автоматика начинает давать ракете небольшой крен. Причем чем выше высота полета, тем заметнее угол крена космической ракеты. Так, апогей и перигей орбиты формируются сбалансированно. Таким образом достигается максимально комфортное соотношение между эффективностью и расходом топлива. Орбита получается близкой к идеальному кругу. Идеальной же она не будет никогда.

Если ракета взлетает вертикально вверх, получится невероятно огромный апогей. Топливо закончится раньше, чем появится перигей. Иными словами, ракета не только не вылетит на орбиту, но и из-за нехватки топлива полетит по параболе обратно на планету.

В основе всего - двигатель

Любое тело не способно двигаться само по себе. Должно быть что-то, что заставляет его это делать. В данном случае это ракетный двигатель. Ракета, взлетая в космос, не теряет своей способности двигаться. Для многих это непонятно, ведь в вакууме реакция горения невозможна. Ответ максимально прост: немного иной.

Итак, ракета летит в В ее баках находится два компонента. Это топливо и окислитель. Их смешивание обеспечивает воспламенение смеси. Однако из сопел вырывается не огонь, а раскаленный газ. В этом случае нет никаких противоречий. Такая установка прекрасно работает в вакууме.

Ракетные двигатели бывают нескольких типов. Это жидкостные, твердотопливные, ионные, электрореактивные и ядерные. Первые два вида применяются чаще всего, так как способны давать наибольшую тягу. Жидкостные применяются в космических ракетах, твердотопливные - в межконтинентальных баллистических с ядерным зарядом. Электрореактивные и атомные предназначены для максимально эффективного передвижения в вакууме, и именно на них возлагают максимум надежд. В настоящее время вне тестовых стендов они не применяются.

Однако недавно Роскосмос разместил заказ на разработку орбитального буксира с ядерным двигателем. Это дает повод надеяться на развитие технологии.

Особняком держится узкая группа двигателей орбитального маневрирования. Они предназначены для управления Однако используются не в ракетах, а в космических кораблях. Их недостаточно для полетов, но хватает для маневрирования.

Скорость

К сожалению, в наше время люди приравнивают космические полеты к базовым единицам измерения. С какой скоростью взлетает ракета? Это вопрос не совсем корректен по отношению к Совершенно неважно, с какой скоростью они взлетают.

Ракет существует довольно-таки много, и все из них имеют разную скорость. Те, что предназначены для вывода космонавтов на орбиту, летят медленнее грузовых. Человек, в отличие от груза, ограничен перегрузками. Грузовые же ракеты, например сверхтяжелая Falcon Heavy, взлетает слишком быстро.

Точные единицы скорости посчитать трудно. Прежде всего потому, что они зависят от полезной нагрузки РН (ракеты-носителя). Вполне логично, что РН с полной загрузкой взлетает гораздо медленнее полупустой РН. Однако есть общая величина, которую все ракеты стремятся достигнуть. Это называется космической скоростью.

Существует первая, вторая и, соответственно, третья космическая скорости.

Первая - необходимая скорость, которая позволит двигаться по орбите и не падать на планету. Она составляет 7,9 км в секунду.

Вторая нужна для того, чтобы покинуть земную орбиту и отправиться к орбите другого небесного тела.

Третья же позволит аппарату преодолеть притяжение Солнечной системы и покинуть ее. В настоящее время с такой скоростью летят аппараты "Вояджер-1" и "Вояджер-2". Однако вопреки словам СМИ, они все еще не покинули границы Солнечной системы. С астрономической точки зрения им потребуется не менее 30 000 лет, чтобы достигнуть облака Орта. Гелиопауза же не является границей звездной системы. Это лишь место, в котором солнечный ветер сталкивается с межсистемной средой.

Высота

На какую высоту взлетает ракета? На ту, которая требуется. После достижения гипотетической границы космоса и атмосферы измерять расстояние между кораблем и поверхностью планеты некорректно. После выхода на орбиту корабль находится в другой среде, и дистанция измеряется в величинах расстояния.