Как взлетает ракета: космонавтика простыми словами. Как летают ракеты? Описание, фото и видео Орбиты ракет при различных начальных скоростях

Ракеты поднимаются в космическое пространство за счет сжигания жидких или твердых топлив. После воспламенения в высокопрочных камерах сгорания эти топлива, обычно состоящие из горючего и окислителя, выделяют огромное количество тепла, создавая очень высокое давление, под действием которого продукты сгорания движутся в сторону земной поверхности через расширяющиеся сопла.

Так как продукты сгорания истекают из сопел вниз, ракета поднимается вверх. Это явление объясняется третьим законом Ньютона, в соответствии с которым для каждого действия существует равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Поскольку двигателями на жидком топливе легче управлять, чем твердотопливными, их обычно используют в космических ракетах, в частности, в показанной на рисунке слева ракете Сатурн-5. Эта трехступенчатая ракета сжигает тысячи тонн жидкого водорода и кислорода для вывода космического корабля на орбиту.

Для быстрого подъема вверх тяга ракеты должна превышать ее вес примерно на 30 процентов. При этом, если космический корабль должен выйти на околоземную орбиту, он должен развить скорость около 8 километров в секунду. Тяга ракет может доходить до нескольких тысяч тонн.

1. Пять двигателей первой ступени поднимают ракету на высоту 50-80 километров. После того как топливо первой ступени будет израсходовано, она отделится и включатся двигатели второй ступени.
2. Примерно через 12 минут после старта вторая ступень доставляет ракету на высоту более 160 километров, после чего отделяется с пустыми баками. Также отделяется ракета аварийного спасения.
3. Разгоняемая единственным двигателем третьей ступени, ракета переводит космический корабль «Аполлон» на временную околоземную орбиту, высотой около 320 километров. После непродолжительного перерыва двигатели включаются снова, увеличивая скорость космического корабля примерно до 11 километров в секунду и направляя его в сторону Луны.

Двигатель F-1 первой ступени сжигает топливо и выводит продукты сгорания в окружающую среду.

После запуска на орбиту космический корабль «Аполлон» получает разгонный импульс в сторону Луны. Затем третья ступень отделяется и космический корабль, состоящий из командного и лунного модулей, выходит на 100-километровую орбиту вокруг Луны, после чего лунный модуль совершает посадку. Доставив побывавших на Луне космонавтов на командный модуль, лунный модуль отделяется и прекращает свое функционирование.

Ракета – самый быстрый вид транспорта, потому что у нее особенный вид двигателя – реактивный. Горючее, которым заполнены баки ракеты, по команде «зажигание» вспыхивает и начинает гореть. Так горючее превращается в раскаленный газ. Потом газ с огромной силой вырывается наружу через сопло ракеты. Сопло – это отверстие в днище ракеты. Струя газа направлена в одну сторону, а ракета в противовес ей, мчится в противоположную сторону. Чтобы направить ракету в нужную сторону, необходимо управлять струей вылетающего раскаленного газа. Примером реактивного движения являются кальмары и другие обитатели моря.

Ракета огромная, ее рост 90 метров. Цель ракеты донести груз в космос, поэтому ее называют ракета-носитель. В качестве груза может быть спутник или космический корабль. Груз этот очень тяжелый и для того чтобы поднять его необходимо несколько ракет. Так ракеты выстраиваются в виде пирамиды, одна на другой, ступенями. А вместе они составляют одну сильную многоступенчатую ракету. Груз размещается на самом верху ракеты. Его прикрывают головным обтекателем. Каждая ступень – самостоятельная ракета. Двигатели размещены в хвосте ракеты, остальную часть занимают топливные баки.

Ступени работают по очереди. Первой начинает работу нижняя ступень. Она самая мощная. Когда топливо в ней сгорает, она автоматически открепляется и начинает свою работу средняя ступень. Ракета быстро набирает скорость, а когда и в ней кончается топливо, она также автоматически отсоединяется. Начинает работать третья ступень. Третья ступень разгоняет корабль еще быстрее. Так он набирает первую космическую скорость и выходит на орбиту. Дальше космический корабль летит самостоятельно, а третья последняя ступень тоже отсоединяется и падает на Землю. Но до Земли ракеты не долетают, они потому что раскаляются и сгорают при падении.

Как же устроен космический корабль?

Он состоит из двух частей. Первая – «спускаемый аппарат», вторая – «приборный отсек». Спускаемый аппарат – это небольшая кабина, в которой находятся космонавты. В ней помещаются только кресла космонавтов. Там они и работают, и отдыхают. Входной люк и иллюминаторы наглухо закрыты.

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.

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.

Даже среди людей, изучавших физику, случается нередко слышать совершенно превратное объяснение полета ракеты: она летит потому будто бы, что своими газами, образующимися при горении в ней пороха, отталкивается от воздуха. Так думали в старину (ракеты – давнее изобретение). Однако если бы пустить ракету в безвоздушном пространстве, она полетела бы не хуже, а даже лучше, чем в воздухе. Истинная причина движения ракеты совершенно иная. Очень понятно и просто изложил ее революционер-первомартовец Кибальчич в предсмертной своей записке об изобретенной им летательной машине. Объясняя устройство боевых ракет, он писал:

«В жестяной цилиндр, закрытый с одного основания и открытый с другого, вставляется плотно цилиндр из прессованного пороха, имеющий по оси пустоту в виде канала. Горение пороха начинается с поверхности этого канала и распространяется в течение определенного промежутка времени до наружной поверхности прессованного пороха; образующиеся при горении газы производят давление во все стороны; но боковые давления газов взаимно уравновешиваются, давление же на дно жестяной оболочки пороха, не уравновешенное противоположным давлением (так как в эту сторону газы имеют свободный выход), толкает ракету вперед».

Здесь происходит то же, что и при выстреле из пушки: снаряд летит вперед, а сама пушка отталкивается назад. Вспомните «отдачу» ружья и всякого вообще огнестрельного оружия! Если бы пушка висела в воздухе, ни на что не опираясь, она после выстрела двигалась бы назад с некоторой скоростью, которая во столько же раз меньше скорости снаряда, во сколько раз снаряд легче самой пушки. В фантастическом романе Жюля Верна «Вверх дном» американцы задумали даже воспользоваться силой отдачи исполинской пушки для выполнения грандиозной затеи – «выпрямить земную ось».

Ракета – та же пушка, только извергает она не снаряды, а пороховые газы. По той же причине вертится и так называемое «китайское колесо», которым, вероятно, случалось вам любоваться при устройстве фейерверков: при горении пороха в трубках, прикрепленных к колесу, газы вытекают в одну сторону, сами же трубки (а с ними и колесо) получают обратное движение. В сущности, это лишь видоизменение общеизвестного физического прибора – сегнерова колеса.

Интересно отметить, что до изобретения парохода существовал проект механического судна, основанный на том же начале; запас воды на судне предполагалось выбрасывать с помощью сильного нагнетательного насоса в кормовой части; вследствие этого корабль должен был двигаться вперед, как те плавучие жестянки, которые имеются для доказательства рассматриваемого принципа в школьных физических кабинетах. Проект этот (предложенный Ремзи) не был осуществлен, однако он сыграл известную роль в изобретении парохода, так как натолкнул Фультона на его идею.

Мы знаем также, что самая древняя паровая машина, изобретенная Героном Александрийским еще во II веке до нашей эры, была устроена по тому же принципу: пар из котла поступал по трубке в шар, укрепленный на горизонтальной оси; вытекая затем из коленчато-изогнутых трубок, пар толкал эти трубки в обратном направлении, и шар начинал вращаться.

К сожалению, геронова паровая турбина в древности оставалась только любопытной игрушкой, так как дешевизна труда рабов никого не побуждала к практическому использованию машин. Но самый принцип не заброшен техникой: в наше время он применяется при устройстве реактивных турбин.

Ньютону – автору закона действия и противодействия – приписывают один из самых ранних проектов парового автомобиля, основанный на том же начале: пар из котла, поставленного на колеса, вырывается в одну сторону, а самый котел в силу отдачи катится в противоположную.

Ракетные автомобили, об опытах с которыми в 1928 г. много писали в газетах и журналах, представляют собой современное видоизменение ньютоновой повозки.

Для любителей мастерить приведен здесь рисунок бумажного пароходика, также очень похожего на ньютонову повозку: в паровом котле из опорожненного яйца, нагреваемом намоченной в спирте ваткой в наперстке, образуется пар; вырываясь струёй в одну сторону, он заставляет весь пароходик двигаться в противоположную сторону. Для сооружения этой поучительной игрушки нужны, однако, очень искусные руки.