نیرویی که موشک با آن پرتاب می شود را نام ببرید. زندگی از نام های شگفت انگیز

تاریخچه مختصری از موشک ها

اصل کلیپرواز جت، که اساس همه موشک ها را تشکیل می دهد، ساده است - بخشی از بدنه جدا می شود و هر چیز دیگری را به حرکت در می آورد.

چه کسی اولین کسی بود که این اصل را اجرا کرد ناشناخته است، اما حدس ها و حدس های مختلف شجره نامه علم موشک را تا ارشمیدس می آورد. به طور قطع در مورد اولین اختراعات این چنینی مشخص است که چینی ها به طور فعال از آنها استفاده کردند و آنها را با باروت شارژ کردند و به دلیل انفجار آنها را به آسمان پرتاب کردند. بنابراین آنها اولین را ایجاد کردند سوخت جامدموشک. علاقه زیادی به موشک در میان دولت های اروپایی در آغاز ظاهر شد

بوم موشک دوم

موشک ها در بال ها منتظر ماندند و منتظر ماندند: در دهه 1920، دومین رونق موشک آغاز شد و در درجه اول با دو نام مرتبط است.

کنستانتین ادواردوویچ تسیولکوفسکی، دانشمند خودآموخته استان ریازان، با وجود مشکلات و موانع، خود به اکتشافات زیادی دست یافت که بدون آنها حتی صحبت در مورد فضا غیرممکن بود. ایده استفاده سوخت مایع، فرمول Tsiolkovsky، که سرعت لازم برای پرواز را بر اساس نسبت جرم نهایی و اولیه، یک موشک چند مرحله ای محاسبه می کند - همه اینها شایستگی او است. از بسیاری جهات، تحت تأثیر آثار او، علم موشک داخلی ایجاد و رسمیت یافت. انجمن ها و محافل برای مطالعه نیروی محرکه جت، از جمله GIRD - گروهی برای مطالعه پیشرانه جت، و در سال 1933، تحت حمایت مقامات، موسسه جت ظاهر شد.

کنستانتین ادواردوویچ تسیولکوفسکی.
منبع: wikimedia.org

دومین قهرمان مسابقه موشکی ورنر فون براون فیزیکدان آلمانی است. براون تحصیلات عالی و ذهنی پر جنب و جوش داشت و پس از آشنایی با یکی دیگر از مفاخر علم موشکی جهان به نام هاینریش اوبرث تصمیم گرفت تمام تلاش خود را برای ایجاد و بهبود موشک ها به کار گیرد. در طول جنگ جهانی دوم، فون براون در واقع پدر "سلاح تلافی" رایش شد - موشک V-2، که آلمانی ها در سال 1944 شروع به استفاده از آن در میدان جنگ کردند. "وحشت بالدار"، همانطور که در مطبوعات نامیده می شد، بسیاری از شهرهای انگلیس را به ویرانی آورد، اما خوشبختانه در آن زمان فروپاشی نازیسم از قبل موضوعی زمان بود. ورنهر فون براون به همراه برادرش تصمیم گرفتند تسلیم آمریکایی ها شوند و همانطور که تاریخ نشان داده است این بلیط نه تنها و نه چندان برای دانشمندان، بلکه برای خود آمریکایی ها بود. از سال 1955، براون برای دولت ایالات متحده کار می کند و اختراعات او اساس آن را تشکیل می دهد برنامه فضاییایالات متحده آمریکا.

اما به دهه 1930 برگردیم. دولت شوروی از غیرت علاقه مندان در مسیر رسیدن به فضا قدردانی کرد و تصمیم گرفت از آن برای منافع خود استفاده کند. در طول سال های جنگ، کاتیوشا خود را کاملاً نشان داد - سیستم آتش سالوکه شلیک کرد موشک های جت. این از بسیاری جهات یک سلاح ابتکاری بود: کاتیوشا که بر اساس کامیون سبک Studebaker ساخته شده بود، رسید، چرخید، به سمت بخش شلیک کرد و رفت و اجازه نداد آلمانی ها به خود بیایند.

پایان جنگ به رهبری ما وظیفه جدیدی داد: آمریکایی ها تمام توان خود را به جهانیان نشان دادند بمب هسته ایو کاملاً آشکار شد که فقط کسانی که چیزی مشابه دارند می توانند به عنوان یک ابرقدرت ادعا کنند. اما مشکل اینجا بود. واقعیت این است که علاوه بر خود بمب، ما به وسایل نقلیه تحویلی نیاز داشتیم که بتوانند دفاع هوایی ایالات متحده را دور بزنند. هواپیماها برای این کار مناسب نبودند. و اتحاد جماهیر شوروی تصمیم گرفت روی موشک شرط بندی کند.

کنستانتین ادواردوویچ تسیولکوفسکی در سال 1935 درگذشت، اما یک نسل کامل از دانشمندان جوان که مردی را به فضا فرستادند جایگزین او شد. از جمله این دانشمندان سرگئی پاولوویچ کورولف بود که قرار بود به "برنده" شوروی در مسابقه فضایی تبدیل شود.

اتحاد جماهیر شوروی شروع به ایجاد خود کرد موشک قاره پیمابا تمام کوشش: مؤسسات سازماندهی شدند، بهترین دانشمندان گردآوری شدند، یک مؤسسه تحقیقاتی برای سلاح های موشکیو کار در جریان است.

تنها فشار عظیمی از نیروها، ابزارها و ذهن ها مجاز است اتحاد جماهیر شورویدر کمترین زمان ممکن موشک خود را بسازند که R-7 نام داشت. این تغییرات او بود که اسپوتنیک و یوری گاگارین را به فضا پرتاب کرد، سرگئی کورولف و همکارانش بودند که پرتاب کردند. عصر فضابشریت. اما یک موشک فضایی از چه چیزی تشکیل شده است؟

طراحی موشک

نمودار یک موشک دو مرحله ای.

تیک آف یک موشک فضایی اکنون هم در تلویزیون و هم در فیلم قابل تحسین است. این موشک به صورت عمودی بر روی سکوی پرتاب بتنی قرار دارد. با دستور اتاق کنترل، موتورها روشن می‌شوند، شعله‌های آتش را می‌بینیم که در زیر شعله‌ور می‌شوند، صدای غرش رو به رشد می‌شنویم. و اکنون موشک در ابرهای دود از زمین جدا می شود و ابتدا به آرامی و سپس سریعتر و سریعتر به سمت بالا می رود. یک دقیقه دیگر در چنان ارتفاعی قرار می گیرد که هواپیماها نمی توانند بالا بیایند، و یک دقیقه دیگر در فضا است، در فضای بدون هوای اطراف زمین.

موتورهای راکتی را موتورهای جت می گویند. چرا؟ زیرا در چنین موتورهایی نیروی رانش نیروی واکنش (مخالفت) با نیرویی است که جت گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت را در محفظه ای خاص در جهت مخالف پرتاب می کند. همانطور که می دانید، طبق قانون سوم نیوتن، نیروی این کنش متقابل برابر با نیروی عمل است. یعنی نیرویی که موشک را به فضای بیرون می برد برابر با نیرویی است که توسط گازهای داغ خارج شده از نازل موشک ایجاد می شود. اگر برای شما غیر قابل باور به نظر می رسد که گازی که قرار است غیر جسمانی باشد به سمت مدار فضاییموشک سنگین، به یاد داشته باشید که هوای فشرده در مخازن لاستیکی با موفقیت نه تنها یک دوچرخه سوار، بلکه کامیون های کمپرسی سنگین را نیز پشتیبانی می کند. گاز سفید داغ خارج شده از نازل موشک نیز پر از قدرت و انرژی است. به طوری که پس از هر پرتاب موشک، سکوی پرتاب با اضافه کردن یک ناک اوت تعمیر می شود گردباد آتشینبتن.

قانون سوم نیوتن را می توان به صورت متفاوتی به عنوان قانون بقای تکانه فرموله کرد. تکانه حاصل ضرب جرم و سرعت است. از نظر قانون بقای حرکت، پرتاب موشک را می توان به صورت زیر توصیف کرد.
در ابتدا، تکانه موشک فضایی که روی سکوی پرتاب قرار گرفته بود برابر با صفر بود ( توده بزرگموشک ضرب در سرعت صفر آن). اما موتور روشن است. سوخت می سوزد و تشکیل می شود مقدار زیادیمحصولات گازی حاصل از احتراق آنها دارند درجه حرارت بالاو از نازل موشک با سرعت بالا در یک جهت به سمت پایین جریان می یابد. این یک بردار تکانه رو به پایین ایجاد می کند که بزرگی آن برابر با جرم گاز خروجی ضرب در سرعت آن گاز است. با این حال، با توجه به قانون بقای تکانه، تکانه کل موشک فضایی نسبت به سکوی پرتاب همچنان باید برابر با صفر باشد. بنابراین، بلافاصله یک بردار حرکت رو به بالا ایجاد می شود و سیستم "موشک - گازهای پرتاب شده" را متعادل می کند. به دلیل چه چیزی این بردار بوجود خواهد آمد؟ با توجه به این واقعیت که موشک تا آن زمان ثابت می ماند، شروع به حرکت به سمت بالا می کند. حرکت رو به بالا برابر با جرم موشک ضرب در سرعت آن خواهد بود.

اگر موتورهای موشک قدرتمند باشند، سرعت موشک خیلی سریع افزایش می‌یابد، به اندازه‌ای که پرتاب شود سفینه فضاییبه مدار زمین این سرعت اولین سرعت فرار نامیده می شود و تقریباً 8 کیلومتر در ثانیه است.

قدرت موتور موشک در درجه اول با توجه به نوع سوختی که در موتورهای موشک می سوزد تعیین می شود. هر چه دمای احتراق سوخت بیشتر باشد، موتور قدرتمندتر است. در اولین موتورهای موشک شوروی، نفت سفید سوخت و اسید نیتریک اکسید کننده بود. اکنون از مخلوط‌های فعال‌تر (و سمی‌تر) در موشک‌ها استفاده می‌شود. سوخت موتورهای موشک مدرن آمریکایی مخلوطی از اکسیژن و هیدروژن است. مخلوط اکسیژن-هیدروژن بسیار انفجاری است، اما وقتی می سوزد، مقدار زیادی انرژی آزاد می کند.

حتی در میان افرادی که فیزیک خوانده اند، اغلب اتفاق می افتد که توضیحی کاملاً نادرست از پرواز یک موشک می شنوند: پرواز می کند زیرا توسط گازهای آن که در هنگام احتراق باروت در آن ایجاد می شود از هوا دفع می شود. بنابراین آنها در قدیم فکر می کردند (موشک ها یک اختراع قدیمی هستند). با این حال، اگر موشکی در فضایی بدون هوا پرتاب می شد، بدتر و حتی بهتر از هوا پرواز نمی کرد. دلیل واقعیحرکت موشک کاملا متفاوت است. کیبالچیچ انقلابی مارس اول در یادداشت خودکشی خود در مورد ماشین پرنده ای که خود اختراع کرده بود، آن را بسیار واضح و ساده بیان کرد. وی در توضیح ساختار موشک های رزمی نوشت:

"در یک استوانه قلع، در یک پایه بسته و در پایه دیگر باز است، یک استوانه باروت فشرده محکم وارد می شود که دارای یک فضای خالی به شکل یک کانال در امتداد محور است. سوزاندن باروت از سطح این کانال شروع می شود و در مدت زمان معینی به سطح بیرونی باروت فشرده گسترش می یابد. گازهای تشکیل شده در حین احتراق باعث ایجاد فشار در تمام جهات می شوند. اما فشارهای جانبی گازها متقابلاً متعادل است، در حالی که فشار روی کف پوسته قلع باروت که با فشار مخالف متعادل نمی شود (از آنجایی که گازها در این جهت خروجی آزاد دارند)، موشک را به جلو می راند.

در اینجا، همان اتفاقی می افتد که یک توپ شلیک می شود: پرتابه به سمت جلو پرواز می کند و خود توپ به عقب رانده می شود. "پس زدن" تفنگ و به طور کلی همه چیز را به خاطر بسپارید سلاح گرم! اگر توپ در هوا آویزان می شد، بدون اینکه به چیزی تکیه کند، پس از شلیک با سرعت معینی به عقب حرکت می کرد، یعنی چند برابر سرعت پرتابه، تیر چند برابر سبکتر از خود توپ است. که در رمان فانتزی"وارونه" ژول ورن، آمریکایی ها حتی قصد داشتند از نیروی پس زدن یک توپ غول پیکر برای انجام یک تعهد بزرگ - "محور زمین را صاف کنید" استفاده کنند.

موشک همان توپ است، فقط گلوله نیست، بلکه گازهای پودری به بیرون پرتاب می کند. به همین دلیل، به اصطلاح "چرخ چینی" نیز می چرخد، که احتمالا هنگام ساخت آتش بازی تحسین می کنید: هنگامی که باروت در لوله های متصل به چرخ می سوزد، گازها در یک جهت خارج می شوند، خود لوله ها (و با آنها چرخ) حرکت مخالف را دریافت می کنند. در اصل، این فقط اصلاح یک دستگاه فیزیکی شناخته شده - چرخ Segner است.

جالب است بدانید که قبل از اختراع قایق بخار، پروژه ای برای یک کشتی مکانیکی بر اساس همان آغاز وجود داشت. قرار بود منبع آب کشتی با استفاده از یک پمپ فشار قوی در عقب پرتاب شود. در نتیجه، کشتی باید به جلو حرکت می کرد، مانند آن قوطی های حلبی شناور که برای اثبات اصل مورد بررسی در کلاس های درس فیزیک مدرسه در دسترس هستند. این پروژه (پیشنهاد شده توسط رمزی) انجام نشد، اما او نقش شناخته شده ای در اختراع قایق بخار ایفا کرد، زیرا فولتون را به ایده خود سوق داد.

ما همچنین می دانیم که قدیمی ترین موتور بخار، که توسط هرون اسکندریه در قرن دوم قبل از میلاد اختراع شد، بر اساس همان اصل ساخته شد: بخار از دیگ بخار از طریق یک لوله به توپی که روی یک محور افقی نصب شده بود وارد می شد. سپس بخار از لوله های میل لنگ خارج شد، این لوله ها را در جهت مخالف هل داد و توپ شروع به چرخش کرد.

متأسفانه، توربین بخار قهرمان در زمان های قدیم فقط یک اسباب بازی کنجکاو باقی مانده بود، زیرا ارزان بودن نیروی کار برده کسی را تشویق نمی کرد استفاده عملیماشین آلات اما خود این اصل توسط فناوری رها نشده است: در زمان ما از آن در ساخت توربین های جت استفاده می شود.

نیوتن، نویسنده قانون کنش و واکنش، یکی از اولین طرح‌های ماشین بخار را بر اساس همین اصل نسبت می‌دهد: بخار از دیگ بخار در یک جهت خارج می‌شود و خود دیگ بخار در آن می‌چرخد. جهت مخالف به دلیل پس زدن

ماشین‌های موشکی، در مورد آزمایش‌هایی که در سال 1928 با آن‌ها در روزنامه‌ها و مجلات زیاد نوشتند، اصلاح مدرنی از گاری نیوتنی است.

برای دوستداران صنایع دستی، در اینجا نقاشی یک بخارشوی کاغذی است، همچنین بسیار شبیه به چرخ دستی نیوتن: در یک دیگ بخار از یک تخم مرغ خالی، که توسط یک پشم پنبه آغشته به الکل در یک انگشتانه گرم می شود، بخار تشکیل می شود. با فرار در یک جت در یک جهت، کل قایق بخار را مجبور می کند در جهت مخالف حرکت کند. برای ساخت این اسباب بازی آموزنده اما به دستان بسیار ماهری نیاز است.

همانطور که می دانید، موشک همچنان سریع ترین حمل و نقل در سیاره زمین است. این موشک دارای موتور غیرعادی است که به آن موتور جت می گویند. قبل از پرواز موشک، مخازن عظیم آن با سوخت موشک پر می شود. هنگام استارت زدن، سوخت مشتعل می شود که با سوختن به گاز داغ تبدیل می شود. این گاز از طریق نازل (نازل چنین سوراخ باریکی است که در پایین موشک قرار دارد) با سرعت و نیروی زیادی خارج می شود.

یک جت پرقدرت گاز در یک جهت اصابت می کند و موشک به دلیل عملکرد دافعه اش در جهت مخالف پرواز می کند.

تمام محموله ها در بالای این قسمت قرار دارند موشک چند مرحله ای. قسمت فوقانی با یک کلاه مخصوص ساده بسته می شود که به آن فیرینگ سر می گویند. هر مرحله یک موشک مستقل است که داخل آن مخازن سوخت و موتورها در دم آن قرار دارند.

در ابتدا، پایین ترین و بسیار قدرتمندترین آن روشن می شود که وظایف آن شامل بلند کردن تمام وزن از طریق لایه های جو است. هنگامی که سوخت موجود در آن به طور کامل می سوزد، مرحله پایین به طور خودکار به عنوان یک عنصر غیر ضروری قطع می شود و موتور مرحله دوم، موشک، شروع به کار می کند. موشک سریعتر و سریعتر شتاب می گیرد.

و هنگامی که در مرحله میانی دوم به پایان می رسد، موتور بالاترین وسیله نقلیه پرتاب روشن می شود و مرحله پایین نیز قطع می شود. در نهایت به اولین سرعت کیهانی شتاب می گیرد و وارد مدار زمین می شود، جایی که در حال حاضر به طور مستقل در حال حرکت است.

پله هایی که ریزش دارند اینطور نیستند؛ از اصطکاک با جو به حدی گرم می شوند که کاملاً می سوزند. خود وسیله پرتاب، فضاپیما، به دو بخش تقسیم می شود: وسیله نقلیه فرود و محفظه ابزار. در وسیله نقلیه فرود، فضانوردانی وجود دارند که در آنجا کار می کنند، استراحت می کنند و می خوابند.

و در محفظه ابزار یک سیستم محرکه ترمز وجود دارد که با کمک آن کشتی به زمین باز می گردد. همچنین دستگاه هایی وجود دارد که فضانوردان با کمک آنها تحقیقات انجام می دهند.

و می دانیم که برای وقوع حرکت، عمل نیروی خاصی لازم است. بدن یا باید خود را از چیزی دور کند، یا یک شخص ثالث باید آن مورد را هل دهد. این از تجربه زندگی برای ما کاملاً شناخته شده و قابل درک است.

چه چیزی را در فضا هل بدهیم؟

در سطح زمین، می توانید از سطح یا از اجسام واقع بر روی آن فشار دهید. برای حرکت روی سطح از پاها، چرخ ها، کاترپیلارها و ... استفاده می شود. در آب و هوا می توان خود را از آب و هوا که چگالی مشخصی دارند دفع کرد و به همین دلیل اجازه داد که با آنها تعامل داشته باشد. طبیعت برای این کار باله ها و بال ها را تطبیق داده است.

انسان موتورهایی را بر پایه ملخ ساخته است که به دلیل چرخش، منطقه تماس با محیط را چندین برابر افزایش می دهد و به شما امکان می دهد آب و هوا را خارج کنید. اما در مورد فضای بدون هوا چطور؟ چه چیزی را در فضا هل بدهیم؟ هوا نیست، چیزی نیست. چگونه در فضا پرواز کنیم؟ اینجاست که قانون بقای تکانه و اصل رانش جت به کمک می آید. بیایید نگاه دقیق تری بیندازیم.

تکانه و اصل رانش جت

تکانه حاصل ضرب جرم بدن و سرعت آن است. وقتی جسمی ساکن است، سرعت آن صفر است. با این حال، بدن مقداری جرم دارد. در صورت عدم وجود تأثیرات خارجی، اگر بخشی از جرم با سرعت معینی از بدن جدا شود، طبق قانون بقای تکانه، بقیه بدن نیز باید مقداری سرعت به دست آورند تا تکانه کل برابر بماند. به صفر

علاوه بر این، سرعت قسمت اصلی باقی مانده از بدن به سرعت جدا شدن قسمت کوچکتر بستگی دارد. هر چه این سرعت بیشتر باشد، سرعت بدنه اصلی بیشتر خواهد شد. اگر رفتار اجسام روی یخ یا آب را به یاد بیاوریم این قابل درک است.

اگر دو نفر در این نزدیکی باشند، و سپس یکی از آنها دیگری را هل دهد، او نه تنها آن شتاب را می دهد، بلکه خودش به عقب پرواز می کند. و هر چه بیشتر به کسی فشار بیاورد، بیشتر سرعت بیشترخود به خود پرواز کند

حتما شما هم در موقعیتی مشابه بوده اید و می توانید تصور کنید که چگونه اتفاق می افتد. پس اینجاست این چیزی است که نیروی محرکه جت بر اساس آن است..

موشک هایی که این اصل را اجرا می کنند مقداری از جرم خود را به داخل پرتاب می کنند سرعت بالا، در نتیجه آنها خودشان مقداری شتاب در جهت مخالف به دست می آورند.

جریان گازهای داغ حاصل از احتراق سوخت از طریق نازل های باریک به بیرون پرتاب می شود تا بالاترین سرعت ممکن را به آنها بدهد. در عین حال، جرم موشک به اندازه جرم این گازها کاهش می یابد و سرعت مشخصی پیدا می کند. بنابراین، اصل رانش جت در فیزیک محقق می شود.

اصل پرواز موشک

موشک ها از سیستم چند مرحله ای استفاده می کنند. در حین پرواز، مرحله پایینی با استفاده از تمام سوخت خود، از موشک جدا می شود تا جرم کلی آن کاهش یابد و پرواز آسان شود.

تعداد مراحل کاهش می یابد تا زمانی که قسمت کار به شکل یک ماهواره یا فضاپیمای دیگر باقی بماند. سوخت به گونه ای محاسبه می شود که فقط کافی است وارد مدار شود.