Vad händer när en raket lyfter. Varför lyfter en raket? Impuls och principen för jetframdrivning

En kort historia om raketer

Allmän princip jetflygning, som utgjorde grunden för alla raketer, är enkel - någon del är separerad från kroppen och sätter allt annat i rörelse.

Det är okänt vem som var den första att implementera denna princip, men olika gissningar och gissningar för raketvetenskapens genealogi direkt tillbaka till Arkimedes. Vad som är känt med säkerhet om de första sådana uppfinningarna är att de aktivt användes av kineserna, som laddade dem med krut och skickade dem till himlen på grund av explosionen. Så skapade de den första fast bränsle raketer. Europeiska regeringar visade tidigt stort intresse för missiler

Andra raketbom

Raketer väntade i vingarna och väntade: på 1920-talet började den andra raketboomen, och den förknippas i första hand med två namn.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, en självlärd forskare från Ryazan-provinsen, trots svårigheter och hinder, nådde själv många upptäckter, utan vilka det skulle ha varit omöjligt att ens prata om rymden. Idén att använda flytande bränsle, Tsiolkovsky-formeln, som beräknar hastigheten som krävs för flygning baserat på förhållandet mellan de slutliga och initiala massorna, flerstegsraket- allt detta är hans förtjänst. Till stor del under inflytande av hans verk skapades och formaliserades inhemsk raketvetenskap. I Sovjetunionen började sällskap och studiecirklar spontant uppstå jetdrift, inklusive GIRD - en grupp för studier av jetframdrivning, och 1933, under myndigheternas beskydd, dök Jet Institute upp.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky.
Källa: Wikimedia.org

Den andra hjälten i raketloppet är den tyske fysikern Wernher von Braun. Brown hade en utmärkt utbildning och ett livligt sinne, och efter att ha träffat en annan kändis av världens raketvetenskap, Heinrich Oberth, bestämde han sig för att lägga alla sina ansträngningar på att skapa och förbättra raketer. Under andra världskriget blev von Braun faktiskt far till rikets "vedergällningsvapen" - V-2-raketen, som tyskarna började använda på slagfältet 1944. Den "bevingade skräcken", som den kallades i pressen, ledde till förstörelse till många engelska städer, men lyckligtvis var nazismens kollaps redan vid den tiden en tidsfråga. Wernher von Braun, tillsammans med sin bror, bestämde sig för att kapitulera till amerikanerna, och, som historien har visat, var detta en lycklig biljett, inte bara och inte så mycket för vetenskapsmän, utan för amerikanerna själva. Sedan 1955 har Brown arbetat för den amerikanska regeringen och hans uppfinningar ligger till grund rymdprogram USA.

Men låt oss gå tillbaka till 1930-talet. Den sovjetiska regeringen uppskattade entusiasternas iver på vägen till rymden och beslutade att använda den i sina egna intressen. Under krigsåren visade sig "Katyusha"-systemet vara utmärkt volley eld som sköt raketer. Det var på många sätt ett innovativt vapen: Katyusha, baserad på en lätt lastbil från Studebaker, anlände, vände, sköt mot sektorn och gick därifrån, utan att tilläta tyskarna att komma till besinning.

Krigets slut gav vårt ledarskap en ny uppgift: amerikanerna visade världen all sin makt kärnvapenbomb, och det blev ganska uppenbart att bara de som har något liknande kan göra anspråk på supermaktsstatus. Men det fanns ett problem. Faktum är att vi, förutom själva bomben, behövde leveransfordon som kunde kringgå USA:s luftförsvar. Flygplan var inte lämpliga för detta. Och Sovjetunionen bestämde sig för att förlita sig på missiler.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky dog ​​1935, men han ersattes av en hel generation unga vetenskapsmän som skickade människan ut i rymden. Bland dessa forskare fanns Sergei Pavlovich Korolev, som var avsedd att bli sovjeternas "trumfkort" i rymdkapplöpningen.

Sovjetunionen började skapa sin egen interkontinental missil med all iver: institut organiserades, de bästa vetenskapsmännen samlades, ett forskningsinstitut för missilvapen och arbetet är i full gång.

Endast en kolossal ansträngning av ansträngning, resurser och sinnen gjorde det möjligt Sovjetunionen bygga sin egen raket, som fick namnet R-7, på kortast möjliga tid. Det var dess modifieringar som skickade Sputnik och Jurij Gagarin ut i rymden, det var Sergej Korolev och hans medarbetare som sköt upp rymdåldern humanitet. Men vad består en rymdraket av?

Raketdesign

Diagram över en tvåstegsraket.

Raketer stiger upp i rymden genom att bränna flytande eller fasta bränslen. När de antänds i höghållfasta förbränningskammare frigörs dessa bränslen, vanligtvis bestående av ett bränsle och ett oxidationsmedel. enorm mängd värme, skapar mycket högt blodtryck, under påverkan av vilka förbränningsprodukter rör sig mot jordens yta genom expanderande munstycken.

Eftersom förbränningsprodukter rinner ner från munstyckena stiger raketen uppåt. Detta fenomen förklaras av Newtons tredje lag, enligt vilken det för varje handling finns en lika och motsatt reaktion. Eftersom motorerna är flytande bränsle lättare att kontrollera än fasta bränslen, de används vanligtvis i rymdraketer, i synnerhet i Saturn 5-raketen som visas på bilden till vänster. Denna trestegsraket bränner tusentals ton flytande väte och syre för att driva rymdfarkosten i omloppsbana.

För att stiga snabbt måste raketens dragkraft överstiga sin vikt med cirka 30 procent. Samtidigt, om rymdskepp skulle komma in i en låg omloppsbana om jorden, bör den nå en hastighet på cirka 8 kilometer per sekund. Raketernas dragkraft kan nå flera tusen ton.

1. Fem motorer i första steget lyfter raketen till en höjd av 50-80 kilometer. Efter att det första stegets bränsle har förbrukats, kommer det att separera och andra stegets motorer slås på.
2. Cirka 12 minuter efter lanseringen levererar det andra steget raketen till en höjd av mer än 160 kilometer, varefter den separeras med tomma tankar. Utrymningsblossen lossnar också.
3. Accelererad av en enda tredjestegsmotor driver raketen Apollo-rymdfarkosten in i en tillfällig lågomloppsbana om jorden på en höjd av cirka 320 kilometer. Efter en kort paus startar motorerna igen, vilket ökar rymdfarkostens hastighet till cirka 11 kilometer per sekund och pekar den mot månen.

Den första F-1-motorn förbränner bränsle och släpper ut förbränningsprodukter i miljön.

Efter uppskjutning i omloppsbana får rymdfarkosten Apollo en accelererande impuls mot månen. Det tredje steget separeras sedan och rymdfarkosten, bestående av kommando- och månmodulerna, går in i en 100 kilometer lång bana runt månen, varefter månmodulen landar. Efter att ha levererat astronauterna som har besökt månen till kommandomodulen separeras månmodulen och slutar fungera.

Att bryta ur gränserna jordens atmosfär, kräver raketer enorma mängder energi. När raketbränsle brinner bildas en ström av heta gaser som strömmar ut genom jetmunstycket. Resultatet är en kraft som driver raketen framåt - ungefär som luft som flyr ifrån ballong, gör att han flyger i motsatt riktning.

Rymdfärjan använder två raketer för att komma in i en låg omloppsbana runt jorden. När skeppet är i rymden lossnar boosters och huvudbränsletanken och faller tillbaka till jorden.
The Shuttle sätter satelliter i omloppsbana och leder olika vetenskapliga experiment. På vägen tillbaka glider den och landar som ett vanligt plan.

1. Bränsletankarna innehåller cirka två miljoner liter (cirka en halv miljon gallon) raketbränsle.
2. Fallskärmar saktar ner hastigheten med vilken raketboosters faller till jorden efter att de lossnat.
3. Shuttle-besättningen kan bestå av sju personer.
4. Raketbooster
5. Lastrum
6. Satellit
7. Chassi

Vad är en satellit?

En satellit är vilken kropp som helst som kretsar runt en planet. Månen är jordens satellit På samma sätt blir en rymdfarkost som går in i dess omloppsbana en satellit för jorden. Konstgjorda jordsatelliter hittar en mängd olika applikationer. Vädersatelliter fotograferar jordens molntäcke, vilket hjälper forskare att förutsäga vädret. Astronomiska satelliter överför information om stjärnor och planeter till jorden Kommunikationssatelliter över hela världen telefonsamtal och tv-sändningar.

Bilden till vänster är ett satellitfoto av en storm som precis har passerat Storbritannien och närmar sig Skandinavien.

Visste du detta?

När astronomer tittar på stjärnorna ser de många av dem som de var för tusentals eller till och med miljoner år sedan. Vissa av dessa stjärnor kanske inte längre existerar. Stjärnornas ljus tar så lång tid att nå jorden eftersom avståndet till dem är otroligt stort.

Även bland folk som har studerat fysik hör man ofta en helt felaktig förklaring till en rakets flygning: den flyger för att den stöts bort från luften av dess gaser, som bildas när krutet brinner i den. Så här trodde man förr i tiden (raketer är en gammal uppfinning). Men om du skulle skjuta upp en raket i luftlöst utrymme, skulle den inte flyga sämre, eller till och med bättre, än i luften. Den verkliga anledningen Raketens rörelse är helt annorlunda. Det var mycket tydligt och enkelt uttryckt av revolutionären Kibalchich i första mars i hans självmordsbrev om den flygande maskin han uppfann. Han förklarade designen av stridsmissiler och skrev:

"I en plåtcylinder, stängd vid ena basen och öppen vid den andra, är en cylinder av pressat krut tätt införd, med ett tomrum i form av en kanal längs sin axel. Förbränningen av krut börjar från ytan av denna kanal och sprider sig under en viss tidsperiod till den yttre ytan av det pressade krutet; de gaser som bildas under förbränning producerar tryck i alla riktningar; men gasernas sidotryck är ömsesidigt balanserade, medan trycket på botten av plåtskalet av krut, inte balanserat av det motsatta trycket (eftersom gaserna har ett fritt utlopp i denna riktning), driver raketen framåt.”

Samma sak händer här som när en kanon avfyras: projektilen flyger framåt, och själva kanonen trycks bakåt. Kommer du ihåg "rekylen" av en pistol och allt i allmänhet? skjutvapen! Om en kanon hängde i luften, inte stödd av någonting, skulle den efter avfyring röra sig tillbaka med en viss hastighet, vilket är lika många gånger mindre än projektilens hastighet, hur många gånger är projektilen lättare än kanonen sig. I fantasy roman Jules Vernes "Upside Down" planerade amerikanerna till och med att använda rekylkraften från den gigantiska kanonen för att utföra ett grandiost åtagande - att "räta ut jordens axel".

En raket är samma kanon, bara den spyr inte ut granater, utan pulvergaser. Av samma anledning roterar det så kallade "kinesiska hjulet", vilket du förmodligen råkade beundra när du satte upp fyrverkerier: när krut brinner i rör som är fästa på hjulet, strömmar gaser ut i en riktning, och själva rören (och med dem hjulet) får motsatt rörelse. I huvudsak är detta bara en modifiering av en välkänd fysisk enhet - Segner-hjulet.

Det är intressant att notera att före uppfinningen av ångbåten fanns en design för ett mekaniskt fartyg baserat på samma början; vattenförsörjningen på fartyget var tänkt att släppas ut med hjälp av en stark tryckpump i aktern; som ett resultat var skeppet tvungen att röra sig framåt, som de flytande plåtar som finns tillgängliga för att bevisa principen i fråga i skolfysikklassrum. Detta projekt (föreslog av Remsey) genomfördes inte, men det spelade en välkänd roll i uppfinningen av ångbåten, eftersom det gav Fulton sin idé.

Vi vet också att den äldsta ångmaskinen, som uppfanns av Heron av Alexandria redan på 200-talet f.Kr., konstruerades enligt samma princip: ånga från pannan strömmade genom ett rör till en kula monterad på en horisontell axel; sedan strömmade ut ur de vevade rören, ångan tryckte dessa rör i motsatt riktning, och kulan började rotera.

Tyvärr förblev Herons ångturbin i antiken bara en nyfiken leksak, eftersom det billiga med slavarbete inte uppmuntrade någon att praktisk användning bilar Men själva principen har inte övergetts av tekniken: i vår tid används den vid konstruktion av jetturbiner.

Newton, författaren till lagen om handling och reaktion, är krediterad för en av de tidigaste designerna för en ångbil, baserad på samma princip: ånga från en panna placerad på hjul rusar ut i en riktning, och själva pannan rullar in motsatt riktning på grund av rekyl.

Raketbilar, experiment med vilka det skrevs mycket om 1928 i tidningar och tidskrifter, är en modern modifiering av Newtons vagn.

För dem som gillar att slöjda, här är en ritning av en pappersångare, också väldigt lik Newtons vagn: i en ångpanna genereras ånga från ett tömt ägg, uppvärmt med bomullsull indränkt i alkohol i en fingerborg; flyr ut som en bäck i en riktning och tvingar hela ångbåten att röra sig i motsatt riktning. Konstruktionen av denna lärorika leksak kräver dock mycket skickliga händer.