Для чего нужна ракета
Запуск ракеты: зачем и как осуществляется
Пуск ракеты сегодня уже не считается чем-то необычным, ученые постоянно отправляют в космос подобные летательные аппараты. Но от этого процесс не становится менее увлекательным. В данной статье разберемся, для чего вообще необходимо запускать ракеты и как это происходит.
Зачем нужен запуск ракеты
Если на данный момент возможен запуск космического корабля, имеется немало беспилотных спутников, то целесообразным становится вопрос: для чего нужно отправлять ракеты, если это требует огромных финансовых вложений? Выделим несколько основных причин:
Процесс подготовки к старту ракеты
Опишем подробнее, как осуществляются космические запуски. Выкат ракеты из ангара производится за два дня до запуска, эту задачу стандартно выполняют на рассвете. Локомотив с устройством направляют на стартовую площадку. По традиции на эту территорию ракету сопровождают пешим ходом люди с автоматами и инженеры. Процесс ее выката и установки занимает несколько часов. Вертикализация летательного аппарата происходит бесшумно при помощи силовых балок, в таком положении он остается до дня полета. После монтажа конструкции, первыми на нее входят специалисты, чтобы проверить её исправность. Далее происходит заправка объекта топливом.
Космонавты в последние дни запуска должны пребывать в абсолютно стерильной зоне. Любое общение с прессой и родственниками осуществляется из-за стеклянной перегородки. В день вылета космонавтов, одетых в скафандры, проверяют наличие включенных систем жизнедеятельности. Позже они подключаются к бортовой системе космического корабля. Для наблюдателей за запуском существует специальный смотровой пункт, расположенный на дистанции в 1800 метров от пуска. Запуск ракеты в космос происходит уже тогда, когда начинает темнеть. Технические службы еще раз оценивают связь и производят другие проверки систем аппарата.
Космонавты заходят внутрь ракеты и ждут начала отправления. За полчаса до главного события технологические фермы отходят от космического устройства, при этом он продолжает удерживаться на весу за счет силовых балок. В самом конце, перед тем как стартовать, ведется обратный отсчет, и аппарат летит в космос.
Чтобы лично наблюдать за процессом, можно заказать тур на космодром, например, на первый и крупнейший в мире – «Байконур». С него совсем недавно был запущен на орбиту «Протон-М». По желанию можно посмотреть на официальном сайте Роскосмоса, какую запустили ракету сегодня и каким старт только предстоит.
Что происходит при запуске космического корабля
Космическое устройство имеет реактивный двигатель. Перед стартом ракеты топливо поджигают, происходит горение и его превращение в раскаленный газ. Через отверстия днища ракеты мощно выходят потоки газа, которые толчками отбрасывают аппарат в сторону.
Космический корабль имеет сложную конструкцию, состоящую из 3 похожих ступеней. На каждом таком уровне имеется двигатель и топливо. Проходя все ступени подключения, на последней включается космическая скорость, и корабль выходит на орбиту в одиночку. Третья ступень ракеты целиком сгорает при отщеплении.
megavolt_lab
megavolt_labЗаписки сумасшедшего ракетчика
В этом блоге я буду много писать о ракетах и космических аппаратах, но для начала давайте разберемся с тем, что же такое ракета и за счет чего она летает. Ведь кроме ракеты есть еще немало видов техники, умеющей летать.
Есть тип летательных аппаратов, которые могут обходиться вообще без двигателя. Это аэростаты (воздушные шары). Летают только засчет силы Архимеда. В сети есть много видео, где люди развлечения ради запускают самодельные воздушные шары с камерой, как они пишут, в космос. Вот пример такого видео:
Но как же подняться выше предельных высот для самолетов и воздушных шаров? Вот тут-то нас и выручит ракета. Основное отличие ракеты от других видов летательных аппаратов состоит в том, что полет ракеты практически никак не зависит от внешних условий (плотности воздуха, его состава и т. п.), поскольку все, что ей нужно для полета у нее с собой.
Для того, чтобы ракета полетела, нужно чтобы сила, с которой она отталкивается от рабочего тела (эту силу называют тягой двигателя) превышала вес ракеты. Параметр, показывающий, во сколько раз тяга двигателя превышает вес ракеты, называется тяговооруженность ракеты.
Современная ракета Союз очень тяжелая. Ее масса вместе с топливом и поднимаемым ей космическим кораблем составляет 307,7 тонн. Для того, чтобы поднять такую массу, ракете нужно выбрасывать рабочее тело с огромной скоростью: от 2,5 км/с, до 3 км/с, что примерно в 9 раз превышает скорость звука у поверхности Земли.
Вот, как выглядит старт этой ракеты:
Но для успешного полета ракете мало только двигателя и топлива. Нужна еще, как минимум, система стабилизации. Дело в том, что сила тяги двигателя прикладывается к ракете снизу, гораздо ниже ее центра тяжести, поэтому ракета в течение всего полета находится в состоянии неустойчивого равновесия. Чтобы понять смысл этих слов попробуйте удержать карандаш острием на пальце.
Работает она очень просто: «крылышки» (называются стабилизаторы) увеличивают площадь поверхности корпуса ракеты позади центра тяжести. При отклонении ракеты от курса набегающий поток воздуха давит на боковую поверхность корпуса тем сильнее, чем больше эта поверхность. Поскольку позади центра тяжести поверхность больше, чем впереди, воздух давит на нее сильнее, заставляя ракету повернуться вокруг центра тяжести и вернуться на курс.
Разумеется, такая система работает только в атмосфере. В космосе, где воздуха нет, аэродинамические стабилизаторы бесполезны. Для космических ракет применяется активная система стабилизации. Она состоит из гироскопа, бортовой электроники и маленьких подруливающих двигателей.
Вот здесь можно посмотреть на то, как работает гироскоп:
Основываясь на показания датчиков, следящих за положением гироскопа относительно ракеты, бортовая электроника выдает команды исполнительным механизмам на изменение положения маленьких подруливающих двигателей, расположенных рядом с основным двигателем. Они изменяют направление вектора тяги, создавая вращательный момент, возвращающий ракету в заданное положение.
На этой фотографии изображен двигатель центрального блока ракеты Союз. Кроме основных четырех сопел видны четыре маленьких сопла, расположенные по краям блока. Это и есть подруливающие двигатели. Они закреплены на кардановом подвесе, поэтому могут поворачиваться.
На этом пока все. В следующей статье я расскажу о том, как ракеты выводят на орбиту космические аппараты.
Космические ракеты: на чем человечество покоряет Вселенную
Ракеты-носители «Союз» являются «рабочими лошадками» российской пилотируемой космонавтики. Сегодня только они могут доставлять людей на МКС
4 октября 1957 года на орбиту нашей планеты был выведен первый искусственный спутник ИСЗ-1. С тех пор прошло более шестидесяти лет, и сегодня полеты в космос – давно привычное дело. Освоение околоземного пространства стало возможным благодаря ракетам-носителям (РН) – особому классу летательных аппаратов, способных победить земное притяжение.
Современные ракеты-носители на химическом топливе трудно назвать идеальным средством покорения Вселенной. После каждого запуска эти сложнейшие многотонные изделия сгорают в атмосфере или превращаются в груду металлолома. Именно поэтому запуски космических аппаратов обходятся так дорого. Однако пока это единственный способ побороть притяжение нашей планеты, и вряд ли человечество в ближайшие годы придумает что-нибудь более эффективное.
Что такое космические ракеты
Ракета-носитель – это разновидность баллистической ракеты, которая способна вывести полезную нагрузку за пределы атмосферы планеты. Как правило, РН имеют несколько ступеней, для их запуска используют вертикальный или воздушный старт. Ракеты космического назначения могут выводить грузы на низкие опорные, геопереходные и геостационарные (ГСО) орбиты.
Полезная нагрузка, доставляемая на орбиту, является лишь малой долей (ничтожные 1,5-2,0 %) от общего веса ракеты. Ее основную массу составляют элементы конструкции, а также окислитель и топливо. Получается, что РН поднимает в первую очередь саму себя и лишь в небольшой степени полезный груз.
Ракета «Ангара» – надежда российской космонавтики. Она должна заменить заслуженные, но уже устаревшие «Протоны»
Для повышения эффективности ракеты составляют из нескольких ступеней, каждая из которых имеет топливный бак и двигатель и, по сути, является самостоятельной ракетой. Ступени включаются одна за другой, работают до полного исчерпания топлива, а затем сбрасываются, уменьшая общий вес РН. Достичь космического пространства способна и одноступенчатая ракета, что было доказано еще немецкой «Фау-2», но она не может выйти на стабильную орбиту спутника планеты или вывести на него полезный груз.
Используют и комбинированную схему. Например, она применяется на российских «Союзах» и «Протонах». В этом случае первая и вторая ступень разделяются поперечно, а после их отделения начинает работу третья ступень.
Важнейшим элементом ракеты-носителя является двигатель. Он выбрасывает раскаленное вещество и, в соответствии с третьим законом Ньютона, толкает аппарат в противоположную сторону. В зависимости от типа используемого топлива, РН бывают:
Твердотопливные двигатели отличаются простотой конструкции и невысокой стоимостью, но на космических ракетах, как правило, используются двигатели на жидком топливе. Они позволяют регулировать тягу в широких пределах, а также производить многократные включения и выключения. Последняя особенность особенно важна при маневрировании на орбите. Существует множество типов ЖРД: с открытым и закрытым циклом, с частичной и полной газификацией топлива.
Ракета-носитель Electron предназначен для вывода на орбиту легких и сверхлегких спутников. Созданием этих ракет занимается компания Rocket Lab
Важнейшая характеристика любой ракеты-носителя – вес полезной нагрузки, который она способна забросить на низкую околоземную орбиту (НОО). Исходя из нее, выделяют следующие классы РН:
Самой мощной и грузоподъемной из когда-либо построенных считается американская сверхтяжелая ракета-носитель «Сатурн-5». Она использовалась в программе «Аполлон» и могла вывести на НОО 140 тонн.
Немного истории
Впервые идею о применении ракет для исследования космического пространства высказал Константин Циолковский в начале XX столетия, он же предложил многоступенчатую схему ракет-носителей.
Реваншем США стала программа «Аполлон», в ходе которой на Луну были доставлены несколько миссий, и человек впервые ступил на поверхность другого небесного тела. Этот триумф был бы невозможен без уникальной ракеты «Сатурн-5», чьи характеристики остаются непревзойденными и сегодня.
Очень интересным американским проектом был «Спейс шаттл». Его идея заключалась в создании многоразовой системы для доставки на орбиту грузов и астронавтов. Она состояла из космического корабля, похожего на самолет, двух ускорителей и огромного топливного бака. «Шаттлы» взлетали вертикально, а садились на обычную взлетную полосу, по-самолетному. Применив такую конструкцию, разработчики надеялись существенно снизить цену одного пуска. Однако эти ожидания не оправдались – цена доставки килограмма на орбиту у «шаттла» оказалась даже выше, чем у огромного «Сатурна-5».
Ракета-носитель «Энергия» и многоразовый космический корабль «Буран». Самый технологичный проект Советского Союза
Советским ответом на «шаттл» стал многоразовый челнок «Буран». На орбиту его выводила ракета-носитель сверхтяжелого класса «Энергия», способная доставлять на НОО до 100 тонн груза. «Буран» совершил единственный полет в беспилотном режиме в 1988 году, в 1993 – программа была закрыта.
Какие ракеты-носители используются сегодня
Россия
Российская ракета-носитель «Протон»
Falcon Heavy и ее создатель Илон Маск
Это далеко не полный список американских космических ракет и компаний-производителей, работающих в данной отрасли. Каждый год появляются новые фирмы и стартапы, занимающиеся космической техникой. Большая часть из них разоряется, но оставшиеся на плаву генерируют новые идеи и двигают человечество в космос.
Китай
Китайская ракета «Чанчжэн-5»
«Великий поход». Китай покоряет околоземные пространства с помощью семейства ракет-носителей «Чанчжэн» («Великий поход»). Оно включает в себя легкие, средние и тяжелые аппараты. 27 декабря 2019 года был успешно запущен «Чанчжэн-5Y3», способный вывести на НОО 25 т. В будущем китайцы планируют с помощью этой ракеты доставлять грузы и космонавтов на Луну и Марс, а также строить собственную орбитальную станцию. Все РН этой группы используют исключительно экологически чистое топливо: жидкий кислород, керосин и жидкий водород.
Европа
«Ариан-5». Это тяжелая одноразовая ракета-носитель, предназначенная для вывода на НОО до 21 т полезного груза. Ее первый запуск состоялся еще в 1997 году, с тех пор ракета более ста раз выводила аппараты на орбиту планеты. Сегодня ведутся работы над созданием следующей модификации РН, старт которого намечен на 2023 год. «Ариан-5» – довольно дорогая ракета, каждый ее запуск обходится Европейскому космическому агентству в 160-220 млн долларов.
Для чего нужна ракета
Ракета и ее применение
Для чего служит ракета
Н ЕТ в сущности в современой технике ни одного типа двигателя, равного реактивному аппарату или ракете с точки зрения многообразия его применения.
В каких областях техники ныне применяются ракеты? В каких отраслях техники могут быть применены в ближайшее время?
Нужно различать применение реактивных двигателей по типам его назначения: ракеты, движущие транспортные средства на земле; ракеты, служащие для так называемого реактивного летания; ракеты, для научно-технических целей и для военного дела. Конечный этап развития реактивного дела — осуществление идей создания межпланетных сообщений.
Опыты с реактивным двигателем
Первые опыты с целью испытания двигательной силы ракеты делались в Германии. На автомобиль вместо снятого с него обыкновенного мотора и задней части кузова ставили ряд пороховых ракет. При зажигании электрической искрой попеременно всех ракет автомобиль с возрастающей скоростью до 24 км. в час мчался по треку, оглушая треском пороховой отдачи окружающую местность. Особенностью ракетного автомобиля являлись его удобообтекаемая продолговатая форма и крылья по бокам машины, устроенные так, что во время движения они прижимали автомобиль к земле во избежании отрыва от земли силой мгновенно развиваемой и нарастающей скорости движения (опыты Опеля).
Такие же опыты были проделаны Опелем с ракетной дрезиной (автомобиль на рельсах), давшие скорость до 265 км. в час.
Наконец энтузиастом реактивного дела М. Вальером были испытаны ракетные сани. Необходимо было в опытах с ракетами заменить колеса, могущие просто разорваться на части при слишком быстрым вращении над действием силы, рождаемой ракетами. Сани при первых же испытаниях показали скорость до 400 км. в час.
Ставились ракеты после этого и на мотоциклы, и на лодки, и даже на обыкновенные велосипеды при гоночных испытаниях.
В Германии — Штамер и Опель, в Италии — Каттанео и Крокко, в САСШ — Пуарье и Сван — широко осуществляют установку пороховых ракет на аэромодели, планеры и специально оборудованные самолеты. Опыты с ракетными самолетами или ракетопланами оказываются вполне удачными, доказывая полную пригодность ракет и для движения самолетов. Эти опыты кладут начало так называемому ракетопланостроению, выдвигая на первый план новые конструкции самолетов — ракетопланов, идущих на смену старым аэропланам.
Реактивный двигатель, или ракета может быть применен для переброски почты на далекие расстояния. Больших успехов в этом направлении достиг германский инженер Тилинг. Его крылатые почтовые ракеты на порохе неоднократно в Оснабрюке покрывали высоту в несколько километров и благополучно спускались на землю при помощи особых парашютов, доставляющих ракету вместе с ее почтовым грузом.
Австрийским инженером Шмидлем недавно была переброшена «ракетная почта» в виде 333 писем за 20 км от места «отправления». Уже разработаны пути и расчеты для переброски почты при помощи особых почтовых ракет.
При этом скорости намечаются такие: Москва — Берлин — 11 мин., Москва — Владивосток — 35 мин., Москва—Нью-Йорк (через океан) — 1 час, Москва — Париж—17 шт., Москва — Ленинград — 4 мин.
В Германии утверждают, что ракетная почта при повсеместном ее применении окажется в недалеком будущем дешевле телеграфной связи и целиком обещает заменить телеграф.
Другие виды применения ракеты
В сельском хозяйстве широкое применение так называемых градобойных и градорассеивающих ракет принесет огромную пользу для охраны полей, огородов, виноградников, садов в тех местностях, где часты выпадения града (Кавказ, Швейцария и т. д.). Трех ракет достаточно для защиты от града участка земли примерно в 1 кв. километр. 
Скорость полета почтовой ракеты.
В спасательном деле ракета незаменима. При аварии корабля в бурю, когда нет возможности на лодках подойти к берегу, с борта на берег пускают шнуровые якорные ракеты для установления связи с материком.
В фото и картографировании широко применяли так называемые фоторакеты, с огромной высоты фиксирующие на фотопластинки пространства в сотни квадратных км.
В сигнально-осветительном деле применение ракеты имеет не малую общеизвестную давность. «Светящие» ракеты в три четверти метра, взлетал более чем на километр, освещают местность в течение полминуты.
Наконец мы знаем огромную, едва ли не решающую роль ракеты-снаряда в военном деле. Замена дорого стоящей многоствольной, быстро изнашивающейся сверхдальнобойной артиллерии, требующей огромного количества обслуживающего персонала, реактивной артиллерией, все резче и чаще обсуждается в наше время западнокапиталистическими военными штабами. Недавно, несмотря на очевидную секретность вопросов, открывающих роль реактивного движения в будущей войне классов, мы получили сообщение о так называемых звукоулавливающих микрофонных ракетах, которые особым приспособлением так регулируют свой полет, что направляются на звук, издаваемый пропеллером самолета, и начинают гоняться за ним до тех пор, пока не придут с ним в соприкосновение, а следовательно и не уничтожат его.
Известно значение ракет для ускорения попадания аэробомб, уменьшающих откосы и увеличивающих тем самый вероятность попаданий.
Не даром крупный теоретик реактивного движения профессор Годдард произведен американским военным ведомством в полковники, а профессор Оберт и тоже время майор венгерской службы. На ряду с ними субсидируется австрийским правительством и чешский инженер Л. Оченазек, произведший ряд успешных опытов с ракетами.
За «лунными», «почтовыми» и «высотными» ракетами скрываются лихорадочно развивающиеся капиталистические вооружения.
Проблемы реактивного движения
Теперь работают главным образом с ракетами на жидком топливе не применяя их к каким либо видам транспорта, а ограничиваясь лабораторными работами по разрешению разных технических проблем: какой должна быть камера сгорания (немцы утверждают, что идеально работает яйцевидная камера сгорания, давая теоретически огромнюю мощность под’ема в течении 1 минуты 6-килограммной ракеты до 80 кг. при весе ракетного мотора всего навсего не более ¼ кг), каков состав горючей смеси (останавливаются на кислороде-бензине и кислороде-спирте), каким должно быть качество металла (дюралль, медь, ванадиева сталь, электрон и пр.), способ подачи топлива и т. д.
Нерешенную проблему представляют спуск ракеты и ее падение, равно как управление во время полета. Теоретические расчеты на падение в радиусе в 80 км никого конечно не могут удовлетворить. Правда, в Германии уже ведутся в этом направлении кое-какие изыскания путем конструирования особо чувствительных фотоэлектрических приборов.
Ракета
Сегодня ракетой называют летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счет действия реактивной тяги. Полет ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, и, следовательно, он возможен не только в атмосфере, но и в вакууме. Ракетная техника позволила человеку выйти за пределы земной атмосферы и заняться исследованием космического пространства.
Как работает ракета?
В наши дни практически все ракеты многоступенчатые. Конструктивно каждая ступень представляет собой отдельную ракету с собственными двигателями и запасом топлива. Первая ступень производит отрыв ракеты от Земли. Как только топливо в ее баках заканчивается, она отбрасывается, а поскольку вес ракеты после освобождения от первой ступени уменьшается, дальнейший полет продолжается с ускорением. После этого включаются двигатели второй ступени.
Этот процесс повторяется столько раз, сколько ступеней содержит ракета. А последняя ступень доставляет космический аппарат к месту назначения. Так как в космическом пространстве нет ни твердой, ни жидкой, ни газообразной опоры, ускорение ракете может сообщить только реактивная сила двигателя. В камере сгорания происходят смешивание и сгорание ракетного топлива. В результате образуются газы, которые с огромной скоростью выбрасываются через сопло. При этом ракета, согласно закону сохранения импульса, получает ускорение, направленное в обратную сторону.
Ракетное топливо: горючее (например, жидкий водород) и окислитель (жидкий кислород) — находится в топливных баках, изолированных друг от друга.
Грузоподъемность ракет-носителей
С каждым новым поколением ракет их грузоподъемность растет. Так, советская межконтинентальная баллистическая ракета Р7 в 1957 г. вывела на орбиту Земли первый в мире искусственный спутник массой 84 кг.
А советская ракета-носитель «Энергия» — одна из самых мощных в мире. Она использовалась для вывода в космос многоразового орбитального корабля «Буран» массой 105 т.
Ради полезного груза
В последней ступени ракеты-носителя находится отсек с так называемым полезным грузом (полезной нагрузкой). Это, собственно, то, ради чего запускается ракета-носитель. В зависимости от выполняемой космической программы, полезной нагрузкой может быть спутник, космический зонд, капсула с космонавтами, грузовой корабль и т. п.