Come vola un'astronave. Perché vola e come funziona un razzo?

Cos'è un razzo spaziale? Come funziona? Come vola? Perché le persone viaggiano nello spazio sui razzi?

Sembrerebbe che tutto questo ci sia noto da molto tempo e bene. Ma controlliamoci per ogni evenienza. Ripetiamo l'alfabeto.

Il nostro pianeta Terra è coperto da uno strato d'aria: l'atmosfera. Sulla superficie della Terra, l'aria è piuttosto densa e densa. Più in alto si dirada. Ad un'altitudine di centinaia di chilometri, "svanisce" impercettibilmente e passa nello spazio senz'aria.

Rispetto all'aria in cui viviamo, è vuota. Ma, parlando in senso strettamente scientifico, il vuoto non è ancora completo. Tutto questo spazio è penetrato dai raggi del Sole e delle stelle e da frammenti di atomi che volano da essi. In esso galleggiano particelle di polvere cosmica. Potresti incontrare un meteorite. Nelle vicinanze di molti corpi celestiali si avvertono le tracce delle loro atmosfere. Pertanto, non possiamo definire vuoto lo spazio esterno senz’aria. Lo chiameremo semplicemente spazio.

La stessa legge vale sia sulla Terra che nello spazio. gravità universale. Secondo questa legge tutti gli oggetti si attraggono a vicenda. L'attrazione dell'enorme globo è molto evidente.

Per staccarsi dalla Terra e volare nello spazio, devi prima di tutto superarne in qualche modo la gravità.

L'aereo lo supera solo parzialmente. Mentre decolla, appoggia le ali nell'aria. E non può salire in luoghi dove l'aria è molto rarefatta. Soprattutto nello spazio, dove non c'è affatto aria.

Non puoi arrampicarti su un albero più in alto dell'albero stesso.

Cosa fare? Come “salire” nello spazio? Su cosa puoi fare affidamento dove non c'è nulla?

Immaginiamoci come enormi giganti. Siamo sulla superficie della Terra e l'atmosfera arriva fino alla cintola. Abbiamo la palla nelle nostre mani. Lo liberiamo dalle nostre mani: vola verso la Terra. Cade ai nostri piedi.

Ora lanciamo la palla parallelamente alla superficie della Terra. Obbedendo a noi, la palla dovrebbe volare sopra l'atmosfera, in avanti, dove l'abbiamo lanciata. Ma la Terra non ha smesso di attirarlo verso di sé. E, obbedendole, lui, come la prima volta, deve volare giù. La palla è costretta a obbedire ad entrambi. E quindi vola da qualche parte nel mezzo tra due direzioni, tra “avanti” e “giù”. Il percorso della palla, la sua traiettoria, è ottenuta sotto forma di una linea curva che si piega verso la Terra. La palla scende, si tuffa nell'atmosfera e cade sulla Terra. Ma non più ai nostri piedi, ma da qualche parte più lontano.

Lanciamo la palla più forte. Volerà più velocemente. Sotto l'influenza della gravità terrestre, ricomincerà a girarsi verso di essa. Ma ora è più vuoto.

Lanciamo la palla ancora più forte. Volò così velocemente, cominciò a girare così superficialmente che non ebbe più il tempo di cadere sulla Terra. La sua superficie “arrotonda” sotto di lui, come se uscisse da sotto di lui. La traiettoria della palla, sebbene si pieghi verso la Terra, non è sufficientemente ripida. E si scopre che, mentre cade continuamente verso la Terra, la palla vola comunque intorno al globo. La sua traiettoria si chiuse in un anello e divenne un'orbita. E la palla ora ci volerà continuamente sopra. Senza smettere di cadere verso la Terra. Ma senza avvicinarlo, senza colpirlo.

Per mettere una palla in un'orbita circolare come questa, devi lanciarla a una velocità di 8 chilometri al secondo! Questa velocità è chiamata velocità circolare o prima cosmica.

È curioso che questa velocità venga mantenuta da sola durante il volo. Il volo rallenta quando qualcosa interferisce con il volo. E niente interferisce con la palla. Vola sopra l'atmosfera, nello spazio!

Come puoi volare “per inerzia” senza fermarti? Questo è difficile da capire perché non abbiamo mai vissuto nello spazio. Siamo abituati al fatto di essere sempre circondati dall'aria. Sappiamo che un batuffolo di cotone, non importa quanto forte lo lanci, non volerà lontano, rimarrà bloccato in aria, si fermerà e cadrà sulla Terra. Nello spazio tutti gli oggetti volano senza incontrare resistenza. A una velocità di 8 chilometri al secondo, fogli di giornale spiegati, pesi in ghisa, minuscoli razzi giocattolo di cartone e vere astronavi in ​​acciaio possono volare nelle vicinanze. Tutti voleranno fianco a fianco, senza restare indietro né sorpassarsi a vicenda. Gireranno intorno alla Terra allo stesso modo.

Ma torniamo al pallone. Lanciamolo ancora più forte. Ad esempio, a una velocità di 10 chilometri al secondo. Cosa gli succederà?

Il razzo orbita a diverse velocità iniziali.

A questa velocità la traiettoria si raddrizzerà ancora di più. La palla inizierà ad allontanarsi dalla Terra. Quindi rallenterà e tornerà dolcemente verso la Terra. E, avvicinandosi, accelererà proprio alla velocità con cui l'abbiamo fatto volare, fino a dieci chilometri al secondo. A questa velocità ci supererà di corsa e proseguirà oltre. Tutto si ripeterà dall'inizio. Ancora una volta sali con decelerazione, gira, scendi con accelerazione. Inoltre, questa palla non cadrà mai a terra. Anche lui andò in orbita. Ma non più circolare, bensì ellittica.

Una palla lanciata ad una velocità di 11,1 chilometri al secondo “raggiungerà” la Luna stessa e solo allora tornerà indietro. E ad una velocità di 11,2 chilometri al secondo, non tornerà affatto sulla Terra, andrà a vagare per il sistema solare. La velocità di 11,2 chilometri al secondo è chiamata la seconda velocità cosmica.

Quindi, puoi rimanere nello spazio solo con l'aiuto dell'alta velocità.

Come si può accelerare almeno fino alla prima velocità cosmica, fino a otto chilometri al secondo?

La velocità di un'auto su una buona autostrada non supera i 40 metri al secondo. La velocità dell'aereo TU-104 non supera i 250 metri al secondo. E dobbiamo muoverci alla velocità di 8000 metri al secondo! Vola più di trenta volte più veloce di un aereo! È assolutamente impossibile correre a tale velocità nell'aria. L’aria “non lascia entrare”. Diventa un muro impenetrabile sul nostro cammino.

Ecco perché allora, immaginandoci giganti, “ci sporgiamo fino alla cintola” dall'atmosfera nello spazio. L'aria ci dava fastidio.

Ma i miracoli non accadono. Non ci sono giganti. Ma devi comunque “mettere la testa fuori”. Cosa dovrei fare? Costruire una torre alta centinaia di chilometri è ridicolo anche solo a pensarci. Dobbiamo trovare un modo per passare lentamente, “lentamente”, attraverso l’aria densa nello spazio. E solo dove nulla ti impedisce di accelerare “su una buona strada” fino alla velocità richiesta.

In una parola, per rimanere nello spazio, devi accelerare. E per accelerare bisogna prima arrivare nello spazio e restarci.

Per resistere, accelera! Per accelerare, tieni duro!

Il nostro meraviglioso scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ha suggerito una via d'uscita da questo circolo vizioso. Solo un razzo è adatto per andare nello spazio e accelerarvi. Questo è ciò su cui proseguirà la nostra conversazione.

Il razzo non ha né ali né eliche. Non può fare affidamento su nulla in volo. Per accelerare, non ha bisogno di spingersi da nulla. Può muoversi sia nell'aria che nello spazio. Più lento nell'aria, più veloce nello spazio. Si muove in modo reattivo. Cosa significa? Portiamone uno vecchio, ma molto buon esempio.

La riva di un lago tranquillo. C'è una barca a due metri dalla riva. Il naso è puntato nel lago. C'è un ragazzo in piedi a poppa della barca, che vuole saltare a terra. Si sedette, si sforzò, saltò con tutte le sue forze... e “atterrò” sano e salvo sulla riva. E la barca... cominciò a muoversi e si allontanò silenziosamente dalla riva.

Quello che è successo? Quando il ragazzo saltava, le sue gambe funzionavano come una molla, che veniva compressa e poi raddrizzata. Questa “molla” ad un'estremità spinse l'uomo sulla riva. Per gli altri: una barca nel lago. La barca e l'uomo si allontanarono a vicenda. La barca galleggiava, come si suol dire, grazie al rinculo, o reazione. Questo è il modo reattivo del movimento.

schema razzo multistadio.

Il ritorno ci è ben noto. Ricorda, ad esempio, come spara un cannone. Quando viene sparato, il proiettile vola in avanti dalla canna e la pistola stessa rotola bruscamente all'indietro. Perché? Sì, tutto per lo stesso motivo. La polvere da sparo all'interno della canna dell'arma, bruciando, si trasforma in gas caldi. Tentando la fuga, premono dall'interno su tutte le pareti, pronti a fare a pezzi la canna del cannone. Spingono fuori un proiettile di artiglieria e, espandendosi, funzionano anche come una molla: “lancia lati diversi"Pistola e proiettile. Solo il proiettile è più leggero e può essere lanciato a molti chilometri di distanza. La pistola è più pesante e può essere tirata indietro solo leggermente.

Ora prendiamo il normale piccolo razzo a polvere da sparo, che è stato utilizzato per i fuochi d'artificio per centinaia di anni. Questo è un tubo di cartone, chiuso su un lato. Dentro c'è polvere da sparo. Se gli dai fuoco, brucia trasformandosi in gas caldi. Sfondando l'estremità aperta del tubo, si lanciano indietro e il razzo in avanti. E la spingono così forte che vola verso il cielo.

I razzi a polvere da sparo esistono da molto tempo. Ma per i razzi spaziali di grandi dimensioni, la polvere da sparo, a quanto pare, non è sempre conveniente. Prima di tutto, la polvere da sparo non è affatto l'esplosivo più potente. L'alcol o il cherosene, ad esempio, se vengono spruzzati finemente e mescolati con goccioline di ossigeno liquido, esplodono più potentemente della polvere da sparo. Tali liquidi hanno nome comune- carburante. E l'ossigeno liquido o i liquidi che lo sostituiscono, contenenti molto ossigeno, sono chiamati agenti ossidanti. Il carburante e l'ossidante insieme formano il carburante per missili.

Un moderno motore a razzo a propellente liquido, o LRE in breve, è una camera di combustione in acciaio a forma di bottiglia molto resistente. Il suo collo con una campana è un ugello. Nella camera attraverso i tubi grandi quantità il carburante e l'ossidante vengono iniettati continuamente. Si verifica una combustione vigorosa. Le fiamme infuriano. I gas caldi esplodono attraverso l'ugello con una forza incredibile e un forte ruggito. Liberandosi, inseriscono la telecamera rovescio. La telecamera è fissata al razzo e si scopre che i gas stanno spingendo il razzo. Il flusso di gas è diretto all'indietro e quindi il razzo vola in avanti.

Moderno grande razzo sembra così. Sotto, nella sua coda, ci sono i motori, uno o più. In alto, quasi tutto lo spazio libero è occupato dai serbatoi del carburante. In alto, nella testa del razzo, è posto lo scopo per cui sta volando. Che deve “consegnare all’indirizzo”. IN razzi spaziali potrebbe essere una specie di satellite che deve essere messo in orbita, o navicella spaziale con gli astronauti.

Il razzo stesso è chiamato veicolo di lancio. E un satellite o una nave sono un carico utile.

Quindi è come se avessimo trovato una via d’uscita dal circolo vizioso. Abbiamo un razzo con un motore a razzo liquido. Muovendosi in modo reattivo, può “tranquillamente” attraversare l'atmosfera densa, andare nello spazio e lì accelerare alla velocità richiesta.

La prima difficoltà incontrata dagli scienziati missilistici è stata la mancanza di carburante. I motori a razzo sono deliberatamente realizzati per essere molto "golosi", in modo da bruciare carburante più velocemente, produrre e respingere quanti più gas possibile. Ma... il razzo non avrà il tempo di raggiungere nemmeno la metà della velocità richiesta prima che il carburante nei serbatoi si esaurisca. E questo nonostante il fatto che abbiamo letteralmente riempito di carburante l'intero interno del razzo. Rendere il razzo più grande per contenere più carburante? Non aiuterà. Accelerare un razzo più grande e pesante richiederà più carburante e non ci sarà alcun vantaggio.

Anche Tsiolkovsky ha suggerito una via d'uscita da questa spiacevole situazione. Ha consigliato di realizzare razzi multistadio.

Prendiamo alcuni missili misure differenti. Si chiamano passaggi: primo, secondo, terzo. Ne mettiamo uno sopra l'altro. Di seguito è riportato il più grande. Meno per lei. In cima c'è quello più piccolo, con il carico utile in testa. Questo è un razzo a tre stadi. Ma potrebbero esserci più passaggi.

Durante il decollo, il primo stadio, il più potente, inizia ad accelerare. Dopo aver esaurito il carburante, si separa e ricade sulla Terra. Il razzo elimina il peso in eccesso. Il secondo stadio inizia a funzionare, continuando l'accelerazione. I suoi motori sono più piccoli, più leggeri e consumano carburante in modo più economico. Terminato il suo lavoro, anche la seconda fase si separa, passando il testimone alla terza. È già abbastanza facile per quello. Finisce l'accelerazione.

Tutti i razzi spaziali sono multistadio.

La prossima domanda è: qual è il modo migliore per un razzo di andare nello spazio? Forse, come un aeroplano, possiamo decollare lungo un percorso concreto, decollare dalla Terra e, guadagnando gradualmente quota, salire nello spazio senz'aria?

Non è redditizio. Dovrai volare in aria per troppo tempo. Il percorso attraverso gli strati densi dell'atmosfera dovrebbe essere accorciato il più possibile. Pertanto, come probabilmente avrai notato, tutti i razzi spaziali, non importa dove voleranno in seguito, volano sempre verso l'alto. E solo nel nulla girano gradualmente nella giusta direzione. Questo tipo di decollo è il più economico in termini di consumo di carburante.

I razzi multistadio lanciano il carico utile in orbita. Ma a quale costo? Giudica tu stesso. Per mettere una tonnellata nell'orbita terrestre bassa, devi bruciare diverse decine di tonnellate di carburante! Per un carico di 10 tonnellate: centinaia di tonnellate. Razzo americano Saturno 5, che mette 130 tonnellate nell'orbita terrestre bassa, pesa 3.000 tonnellate!

E forse la cosa più angosciante è che ancora non sappiamo come riportare i veicoli di lancio sulla Terra. Dopo aver svolto il loro lavoro, accelerando il carico utile, si separano e... cadono. Si schiantano al suolo o annegano nell'oceano. Non possiamo usarli una seconda volta.

Immagina se un aereo passeggeri fosse costruito per un solo volo. Incredibile! Ma i razzi, che costano più degli aeroplani, vengono costruiti solo per un volo. Pertanto, lanciare in orbita ciascun satellite o veicolo spaziale è molto costoso.

Ma stiamo divagando.

Il nostro compito non è sempre solo quello di posizionare il carico utile in un’orbita circolare vicino alla Terra. Molto più spesso viene assegnato un compito più complesso. Ad esempio, consegnare un carico utile sulla Luna. E qualche volta riportala indietro da lì. In questo caso, dopo essere entrato in un’orbita circolare, il razzo deve eseguire molte più “manovre” diverse. E tutti richiedono il consumo di carburante.

Quindi ora parliamo di queste manovre.

L'aereo vola con il muso in avanti perché ne ha bisogno naso affilato tagliare l'aria. Ma il razzo, dopo essere entrato nello spazio senz'aria, non ha più nulla da tagliare. Non c'è niente sulla sua strada. E quindi, dopo aver spento il motore, un razzo nello spazio può volare in qualsiasi posizione, sia indietro che in caduta. Se durante un volo di questo tipo il motore viene riacceso brevemente, spingerà il razzo. E qui tutto dipende da dove è puntato il naso del razzo. Se in avanti, il motore spingerà il razzo e volerà più velocemente. Se va all'indietro, il motore si tratterrà, lo rallenterà e volerà più lentamente. Se il razzo puntasse la punta di lato, il motore lo spingerebbe di lato e cambierebbe la direzione del volo senza cambiare velocità.

Lo stesso motore può fare qualsiasi cosa con un razzo. Accelerare, frenare, girare. Tutto dipende da come miriamo o orientiamo il razzo prima di accendere il motore.

Sul razzo, da qualche parte nella coda, ci sono piccoli motori a reazione per il controllo dell'assetto. Sono diretti con ugelli in diverse direzioni. Accendendoli e spegnendoli, puoi spingere la coda del razzo su e giù, a sinistra e a destra, e quindi ruotare il razzo. Orienta il naso in qualsiasi direzione.

Immaginiamo di dover volare sulla luna e tornare. Quali manovre richiederanno?

Innanzitutto entriamo in un'orbita circolare attorno alla Terra. Qui potrete riposarvi spegnendo il motore. Senza spendere un solo grammo di prezioso carburante, il razzo girerà “in silenzio” intorno alla Terra finché non decideremo di volare più lontano.

Per raggiungere la Luna è necessario passare da un'orbita circolare a un'orbita ellittica molto allungata.

Orientiamo il muso del razzo in avanti e accendiamo il motore. Comincia a disperderci. Non appena la velocità supera leggermente gli 11 chilometri al secondo, spegnere il motore. Il razzo è entrato in una nuova orbita.

C'è da dire che nello spazio è molto difficile “centrare il bersaglio”. Se la Terra e la Luna fossero ferme e fosse possibile volare nello spazio in linea retta, la questione sarebbe semplice. Prendi la mira e vola, mantenendo il bersaglio sempre "in rotta", come fanno i capitani delle navi marittime e i piloti. Anche lì la velocità non ha importanza. Arriverai sul posto prima o dopo, che differenza fa? Tuttavia la meta, il “porto di destinazione”, non andrà da nessuna parte.

Non è così nello spazio. Andare dalla Terra alla Luna è più o meno come girare velocemente su una giostra e colpire un uccello in volo con una palla. Giudica tu stesso. La terra da cui decolliamo ruota. Anche la Luna - il nostro "porto di destinazione" - non sta ferma, vola intorno alla Terra, volando un chilometro al secondo. Inoltre, il nostro razzo non vola in linea retta, ma in un'orbita ellittica, rallentando gradualmente il suo movimento. La sua velocità solo all'inizio era di oltre undici chilometri al secondo, poi, a causa della gravità terrestre, cominciò a diminuire. E il volo dura molto tempo, diversi giorni. E allo stesso tempo non ci sono punti di riferimento in giro. Non c'è strada. Non c'è e non può esserci alcuna mappa, perché non ci sarebbe niente da mettere sulla mappa: non c'è niente intorno. Una oscurità. Solo le stelle sono lontane, lontane. Sono sopra e sotto di noi, da tutti i lati. E dobbiamo calcolare la direzione del nostro volo e la sua velocità in modo tale che alla fine del viaggio arriviamo al luogo previsto nello spazio contemporaneamente alla Luna. Se sbagliamo velocità, arriveremo in ritardo all’“appuntamento”, la Luna non ci aspetterà.

Per raggiungere l'obiettivo, nonostante tutte queste difficoltà, ci sono gli strumenti più complessi sulla Terra e sul razzo. I computer elettronici operano sulla Terra, centinaia di osservatori, computer, scienziati e ingegneri lavorano.

E nonostante tutto ciò, controlliamo ancora una o due volte lungo il percorso se stiamo volando correttamente. Se deviamo leggermente, effettuiamo, come si suol dire, una correzione della traiettoria. Per fare ciò, orientiamo il razzo con il muso nella direzione desiderata e accendiamo il motore per alcuni secondi. Spingerà leggermente il razzo e ne correggerà il volo. E poi vola come dovrebbe.

Anche avvicinarsi alla Luna non è facile. Per prima cosa dobbiamo volare come se volessimo “mancare” la Luna. In secondo luogo, vola “prima a poppa”. Non appena il razzo raggiunge la Luna, accendiamo per un po' il motore. Ci rallenta. Sotto l'influenza della gravità della Luna, giriamo nella sua direzione e iniziamo a girarle attorno in un'orbita circolare. Qui puoi riposarti di nuovo un po'. Quindi iniziamo a piantare. Ancora una volta orientiamo il razzo "prima a poppa" e ancora una volta accendiamo brevemente il motore. La velocità diminuisce e iniziamo a cadere verso la Luna. Non lontano dalla superficie della Luna riaccendiamo il motore. Comincia ad attutire la nostra caduta. Dobbiamo calcolarlo in modo tale che il motore riduca completamente la velocità e ci fermi poco prima dell'atterraggio. Quindi scenderemo dolcemente, senza impatto, sulla Luna.

Il ritorno dalla Luna sta già procedendo in modo familiare. Per prima cosa decolliamo in un'orbita circolare, lunare. Quindi aumentiamo la velocità e ci spostiamo su un'orbita ellittica allungata, lungo la quale andiamo verso la Terra. Ma l’atterraggio sulla Terra è diverso dall’atterraggio sulla Luna. La terra è circondata da un'atmosfera e la resistenza dell'aria può essere utilizzata per frenare.

Tuttavia, è impossibile schiantarsi verticalmente nell'atmosfera. Se la frenata è troppo brusca, il razzo prenderà fuoco, si brucerà e cadrà in pezzi. Pertanto, lo puntiamo in modo che entri nell'atmosfera in modo casuale. In questo caso, non affonda così rapidamente negli strati densi dell'atmosfera. La nostra velocità diminuisce gradualmente. Ad un'altitudine di diversi chilometri, il paracadute si apre e siamo a casa. Ecco quante manovre richiede un volo sulla Luna.

Per risparmiare carburante, anche qui i progettisti utilizzano la tecnologia multistadio. Ad esempio, i nostri razzi, che sono atterrati dolcemente sulla Luna e poi hanno riportato campioni di suolo lunare, avevano cinque fasi. Tre: per il decollo dalla Terra e il volo sulla Luna. Il quarto riguarda lo sbarco sulla Luna. E il quinto: per il ritorno sulla Terra.

Tutto quello che abbiamo detto finora è stato, per così dire, teoria. Adesso facciamo un'escursione mentale al cosmodromo. Vediamo come appare tutto questo nella pratica.

Costruiscono razzi nelle fabbriche. Ove possibile, vengono utilizzati i materiali più leggeri e durevoli. Per rendere il razzo più leggero, si cerca di rendere tutti i suoi meccanismi e tutte le attrezzature il più “portatili” possibile. Il razzo sarà più leggero: puoi portare più carburante con te, aumentare il carico utile.

Il razzo viene portato al cosmodromo in alcune parti. È assemblato in un grande edificio di installazione e collaudo. Quindi una gru speciale - l'installatore - in posizione sdraiata trasporta il razzo, vuoto, senza carburante, sulla rampa di lancio. Là la solleva e la mette in posizione eretta. Il razzo è circondato su tutti i lati da quattro supporti del sistema di lancio in modo che non cada a causa di raffiche di vento. Successivamente vengono portate delle fattorie di servizio con balconi, in modo che i tecnici che preparano il razzo per il lancio possano avvicinarsi a qualsiasi luogo. Vengono portati un albero di rifornimento con tubi attraverso i quali il carburante viene versato nel razzo e un albero dei cavi con cavi elettrici per controllare tutti i meccanismi e gli strumenti del razzo prima del volo.

I razzi spaziali sono enormi. Il nostro primo razzo spaziale, Vostok, era alto 38 metri, circa le dimensioni di un edificio di dieci piani. E il più grande razzo americano a sei stadi, Saturn 5, che portò gli astronauti americani sulla Luna, aveva un'altezza di oltre cento metri. Il suo diametro alla base è di 10 metri.

Una volta controllato tutto e completato il rifornimento di carburante, vengono rimossi i tralicci di servizio, il montante di rifornimento e il montante dei cavi.

Ed ecco l'inizio! Al segnale del posto di comando, l'automazione inizia a funzionare. Fornisce carburante alle camere di combustione. Accende l'accensione. Il carburante si accende. I motori iniziano a guadagnare rapidamente potenza, esercitando sempre più pressione sul razzo dal basso. Quando finalmente ottengono la piena potenza e sollevano il razzo, i supporti si ripiegano, rilasciano il razzo e con un ruggito assordante, come su una colonna di fuoco, va in cielo.

Il volo del razzo è controllato in parte automaticamente, in parte via radio dalla Terra. E se il razzo trasporta un'astronave con gli astronauti, allora loro stessi potranno controllarla.

Per comunicare con il razzo ovunque al globo Si trovano le stazioni radio. Dopotutto, il razzo sta orbitando attorno al pianeta e potrebbe essere necessario contattarlo proprio quando si trova “dall’altra parte della Terra”.

Missilistica, nonostante la sua giovinezza, ci mostra miracoli di perfezione. I razzi volarono sulla luna e tornarono indietro. Hanno volato per centinaia di milioni di chilometri verso Venere e Marte, effettuando lì atterraggi morbidi. I veicoli spaziali con equipaggio hanno eseguito manovre complesse nello spazio. Centinaia di vari satelliti sono stati lanciati nello spazio da razzi.

Ci sono molte difficoltà sui sentieri che portano allo spazio.

Affinché una persona possa viaggiare, ad esempio, su Marte, avremmo bisogno di un razzo di dimensioni assolutamente incredibili e mostruose. Navi oceaniche più grandiose che pesano decine di migliaia di tonnellate! Non c'è nemmeno niente da pensare di costruire un simile razzo.

All'inizio, quando si vola verso i pianeti vicini, l'attracco nello spazio può aiutare. Enormi astronavi “a lunga distanza” possono essere costruite smontabili, da collegamenti individuali. Utilizzando razzi relativamente piccoli, lanciate questi collegamenti nella stessa orbita di “assemblaggio” vicino alla Terra e attraccate lì. Quindi puoi assemblare una nave nello spazio che sarà persino più grande dei razzi che l'hanno sollevata nello spazio pezzo per pezzo. Tecnicamente questo è possibile anche oggi.

Tuttavia, l’attracco non facilita molto la conquista dello spazio. Molto di più verrà dallo sviluppo di nuovi motori a razzo. Anch'essi reattivi, ma meno voraci di quelli liquidi attuali. La visita ai pianeti del nostro sistema solare farà grandi passi avanti dopo lo sviluppo dei motori elettrici e atomici. Tuttavia, verrà il momento in cui voli verso altre stelle, verso altre sistemi solari E poi ne avrai bisogno di nuovo nuova tecnologia. Forse per allora gli scienziati e gli ingegneri saranno in grado di costruire razzi fotonici. Con un “Fire Jet” avranno un fascio di luce incredibilmente potente. Con un consumo insignificante di sostanza, tali razzi possono accelerare fino a velocità di centinaia di migliaia di chilometri al secondo!

Tecnologia spaziale non smetterà mai di svilupparsi. Una persona si porrà sempre più nuovi obiettivi. Per raggiungerli, dobbiamo inventare razzi sempre più avanzati. E dopo averli creati, ne metti ancora di più obiettivi maestosi!

Molti di voi probabilmente si dedicheranno alla conquista dello spazio. Buona fortuna a te per questo interessante percorso!

Una breve storia dei razzi

Principio generale il volo a reazione, che costituiva la base di tutti i razzi, è semplice: alcune parti sono separate dal corpo, mettendo in movimento tutto il resto.

Non si sa chi sia stato il primo a implementare questo principio, ma varie ipotesi e congetture riconducono la genealogia della scienza missilistica proprio ad Archimede. Ciò che è certo delle prime invenzioni di questo tipo è che furono utilizzate attivamente dai cinesi, che le caricarono di polvere da sparo e le lanciarono in cielo a causa dell'esplosione. Così hanno creato il primo combustibile solido razzi. I governi europei hanno mostrato presto un grande interesse per i missili

Secondo boom del razzo

I razzi aspettavano dietro le quinte e aspettavano: negli anni '20 iniziò il secondo boom dei razzi, ed è associato principalmente a due nomi.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, uno scienziato autodidatta della provincia di Ryazan, nonostante le difficoltà e gli ostacoli, ha raggiunto lui stesso molte scoperte, senza le quali sarebbe stato impossibile persino parlare di spazio. L'idea di utilizzare carburante liquido, la formula di Tsiolkovsky, che calcola la velocità richiesta per il volo in base al rapporto tra le masse finali e iniziali, un razzo a più stadi: tutto questo è merito suo. In gran parte sotto l'influenza delle sue opere, la scienza missilistica domestica fu creata e formalizzata. Nell'Unione Sovietica cominciarono a sorgere spontaneamente società e circoli di studio propulsione a jet, incluso GIRD - un gruppo per lo studio della propulsione a reazione, e nel 1933, sotto il patrocinio delle autorità, apparve il Jet Institute.

Konstantin Eduardovich Ciolkovskij.
Fonte: Wikimedia.org

Il secondo eroe della corsa missilistica è il fisico tedesco Wernher von Braun. Brown aveva un'istruzione eccellente e una mente vivace e, dopo aver incontrato un altro luminare della scienza missilistica mondiale, Heinrich Oberth, decise di dedicare tutti i suoi sforzi alla creazione e al miglioramento dei razzi. Durante la seconda guerra mondiale, von Braun divenne effettivamente il padre dell'"arma di ritorsione" del Reich: il razzo V-2, che i tedeschi iniziarono ad usare sul campo di battaglia nel 1944. L '"orrore alato", come veniva chiamato dalla stampa, portò la distruzione in molte città inglesi, ma, fortunatamente, a quel tempo il crollo del nazismo era già questione di tempo. Wernher von Braun, insieme a suo fratello, decise di arrendersi agli americani e, come ha dimostrato la storia, questo fu un biglietto fortunato non solo e non tanto per gli scienziati, ma per gli stessi americani. Dal 1955 Brown lavora per il governo americano e le sue invenzioni ne costituiscono la base programma spaziale STATI UNITI D'AMERICA.

Ma torniamo agli anni '30. Il governo sovietico apprezzò lo zelo degli appassionati nel cammino verso lo spazio e decise di utilizzarlo nel proprio interesse. Durante gli anni della guerra, il sistema "Katyusha" si dimostrò eccellente fuoco di raffica chi ha sparato razzi. Era per molti versi un'arma innovativa: il Katyusha, basato su un camion leggero Studebaker, arrivò, si voltò, sparò sul settore e se ne andò, non permettendo ai tedeschi di tornare in sé.

La fine della guerra ha posto la nostra leadership di fronte a un nuovo compito: gli americani hanno mostrato al mondo tutto il loro potere bomba nucleare, ed è diventato abbastanza ovvio che solo coloro che hanno qualcosa di simile possono rivendicare lo status di superpotenza. Ma c'era un problema. Il fatto è che, oltre alla bomba stessa, avevamo bisogno di veicoli per le consegne che potessero aggirare la difesa aerea americana. Gli aeroplani non erano adatti a questo. E l’URSS ha deciso di fare affidamento sui missili.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky morì nel 1935, ma fu sostituito da un'intera generazione di giovani scienziati che mandarono l'uomo nello spazio. Tra questi scienziati c'era Sergei Pavlovich Korolev, destinato a diventare la "carta vincente" dei sovietici nella corsa allo spazio.

L'URSS iniziò a crearne uno proprio missile intercontinentale con tutta diligenza: furono organizzati istituti, furono riuniti i migliori scienziati, un istituto di ricerca per armi missilistiche e il lavoro è in pieno svolgimento.

Solo un colossale sforzo di impegno, risorse e menti lo ha reso possibile Unione Sovietica costruire il proprio razzo, chiamato R-7, nel più breve tempo possibile. Furono le sue modifiche a lanciare nello spazio lo Sputnik e Yuri Gagarin, furono Sergei Korolev e i suoi soci a lanciare era spaziale umanità. Ma in cosa consiste un razzo spaziale?

Progettazione del razzo

Schema di un razzo a due stadi.

Come sapete, il razzo è ancora il mezzo di trasporto più veloce sul pianeta Terra. Il razzo ha un motore insolito, chiamato motore a reazione. Prima che un razzo decolli, i suoi enormi serbatoi vengono riempiti di carburante per missili. All'avvio, il carburante si accende, che una volta bruciato si trasforma in gas caldo. Questo gas passa attraverso l'ugello (l'ugello è un foro stretto situato sul fondo del razzo), con ad alta velocità e scoppia con forza.

Un potente getto di gas colpisce in una direzione e il razzo, a causa del suo effetto repellente, vola nella direzione opposta.

Tutto il carico si trova nella parte superiore di questo razzo multistadio. La parte superiore è ricoperta da uno speciale cappuccio scorrevole, chiamato cupolino. Ogni stadio è un razzo indipendente, con serbatoi di carburante all'interno e motori nella coda.

All'inizio viene acceso quello più basso e molto potente, il cui compito è sollevare tutto il peso attraverso gli strati dell'atmosfera. Quando il carburante in esso contenuto brucia completamente, lo stadio inferiore viene automaticamente disconnesso come elemento non più necessario e il motore del secondo stadio, il razzo, inizia a funzionare. Il razzo accelera sempre più velocemente.

E quando termina nel secondo stadio intermedio, il motore del veicolo di lancio più in alto viene acceso e anche lo stadio inferiore viene disconnesso. Alla fine accelera fino alla prima velocità di fuga ed entra nell'orbita terrestre, dove si muove già in modo indipendente.

I gradini caduti no; a causa dell'attrito con l'atmosfera, si riscaldano a tal punto da bruciarsi completamente. Il veicolo di lancio stesso, la navicella spaziale, è diviso in due parti: il modulo di discesa e il vano strumenti. Il modulo di discesa contiene gli astronauti che lavorano, riposano e dormono lì.

E nel vano strumenti è presente un sistema di propulsione frenante, con l'aiuto del quale la nave ritorna a terra. Esistono anche strumenti con cui gli astronauti conducono ricerche.

I razzi salgono nello spazio bruciando combustibili liquidi o solidi. Una volta accesi in camere di combustione ad alta resistenza, questi combustibili, solitamente costituiti da un combustibile e da un ossidante, rilasciano grande quantità calore, creando molto alta pressione, sotto l'influenza di cui si muovono i prodotti della combustione superficie terrestre attraverso ugelli espandibili.

Poiché i prodotti della combustione scendono dagli ugelli, il razzo sale verso l'alto. Questo fenomeno è spiegato dalla terza legge di Newton, secondo la quale ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Poiché i motori lo sono carburante liquido Più facili da controllare rispetto ai razzi solidi, sono comunemente usati nei razzi spaziali, in particolare nel razzo Saturn V mostrato a sinistra. Questo razzo a tre stadi brucia migliaia di tonnellate di idrogeno liquido e ossigeno per spingere la navicella spaziale in orbita.

Per salire rapidamente, la spinta del razzo deve superare il suo peso di circa il 30%. Inoltre, se un veicolo spaziale deve entrare nell'orbita terrestre bassa, deve raggiungere una velocità di circa 8 chilometri al secondo. La spinta dei razzi può raggiungere diverse migliaia di tonnellate.

1. Cinque motori del primo stadio sollevano il razzo ad un'altezza di 50-80 chilometri. Una volta consumato, il carburante del primo stadio si separerà e i motori del secondo stadio si accenderanno.
2. Circa 12 minuti dopo il lancio, il secondo stadio trasporta il razzo ad un'altitudine di oltre 160 chilometri, dopodiché si separa con i serbatoi vuoti. Anche il razzo di fuga si stacca.
3. Accelerato da un unico motore del terzo stadio, il razzo spinge la navicella spaziale Apollo in un'orbita terrestre bassa temporanea ad un'altitudine di circa 320 chilometri. Dopo una breve pausa, i motori si riaccendono, aumentando la velocità della navicella a circa 11 chilometri al secondo e puntandola verso la Luna.

Il motore F-1 del primo stadio brucia carburante e rilascia prodotti della combustione nell'ambiente.

Dopo il lancio in orbita, la navicella Apollo riceve un impulso accelerato verso la Luna. Successivamente la terza fase si separa e la navicella spaziale, composta dal modulo di comando e da quello lunare, entra in un'orbita di 100 chilometri attorno alla Luna, dopodiché il modulo lunare atterra. Dopo aver consegnato gli astronauti che hanno visitato la Luna al modulo di comando, il modulo lunare si separa e smette di funzionare.