Проектная работа на тему "ракеты. реактивное движение"

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.

Приложение

Реактивное движение используется многими моллюсками – осьминогами, кальмарами, каракатицами. Например, морской моллюск-гребешок движется вперед за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок. Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны. Сальпа - морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед. Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет). При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань – мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 – 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торпедой”. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет очень большие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар, даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием. Резкий поворот руля – и пловец мчится уже в обратную сторону. Вот изогнул он конец воронки назад и скользит теперь головой вперед. Выгнул ее вправо – и реактивный толчок отбросил его влево. Но когда нужно плыть быстро, воронка всегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вперед, как бежал бы рак – скороход, наделенный резвостью скакуна. Если спешить не нужно, кальмары и каракатицы плавают, ундулируя плавниками, – миниатюрные волны пробегают по ним спереди назад, и животное грациозно скользит, изредка подталкивая себя также и струей воды, выброшенной из-под мантии. Тогда хорошо заметны отдельные толчки, которые получает моллюск в момент извержения водяных струй. Некоторые головоногие могут развивать скорость до пятидесяти пяти километров в час. Прямых измерений, кажется, никто не производил, но об этом можно судить по скорости и дальности полета летающих кальмаров. И такие, оказывается, есть таланты в родне у спрутов! Лучший пилот среди моллюсков – кальмар стенотевтис. Английские моряки называют его – флайинг-сквид («летающий кальмар»). Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников – тунцов и макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров – не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Английский исследователь моллюсков доктор Рис описал в научной статье кальмара (длиной всего в 16 сантиметров), который, пролетев по воздуху изрядное расстояние, упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на семь метров.

Случается, что на корабль сверкающим каскадом обрушивается множество летающих кальмаров. Античный писатель Требиус Нигер поведал однажды печальную историю о корабле, который будто бы даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на его палубу. Кальмары могут взлетать и без разгона.

Осьминоги тоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами. Мешковатые осьминоги плавают, конечно, хуже кальмаров, но в критические минуты и они могут показать рекордный для лучших спринтеров класс. Сотрудники Калифорнийского аквариума пытались сфотографировать осьминога, атакующего краба. Спрут бросался на добычу с такой быстротой, что на пленке, даже при съемке на самых больших скоростях, всегда оказывались смазки. Значит, бросок длился сотые доли секунды! Обычно же осьминоги плавают сравнительно медленно. Джозеф Сайнл, изучавший миграции спрутов, подсчитал: осьминог размером в полметра плывет по морю со средней скоростью около пятнадцати километров в час. Каждая струя воды, выброшенная из воронки, толкает его вперед (вернее, назад, так как осьминог плывет задом наперед) на два – два с половиной метра.

Реактивное движение можно встретить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеного огурца” при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки, а из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении до 12 м.

Зная закон сохранения импульса можно изменять собственную скорость перемещения в открытом пространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней, то бросая камни в определённую сторону, вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этого используют реактивные двигатели.

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение, как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила.

Применение реактивного движения в технике

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.

В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае изобрели реактивное движение, которое приводило в действие ракеты - бамбуковые трубки, начиненные порохом, они также использовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону

Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер – народоволец Н.И. Кибальчич. Его казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении на императора Александра II. Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении…Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною”.

Первым человеком, который совершил полёт в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 г. Он облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток»

Советские ракеты первыми достигли Луны, облетели Луну и сфотографировали её невидимую с Земли сторону, первыми достигли планету Венера и доставили на её поверхность научные приборы. В 1986 г. Два советских космических корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого расстояния исследовали комету Галлея, приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.

Закон сохранения импульса во многих случаях позволяет находить скорости взаимодействующих тел даже тогда, когда значения действующих сил неизвестны. Примером может служить реактивное движение.
На принципе отдачи основано реактивное движение. В ракете при сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла с большой скоростью относительно ракеты. Обозначим массу выброшенных газов через m, а массу ракеты после истечения газов через M. Тогда для замкнутой системы «ракета + газы» на основании закона сохранения импульса (по аналогии с задачей о выстреле из орудия) можно записать:

где V – скорость ракеты после истечения газов. В данном случае предполагается, что начальная скорость ракеты равнялась нулю.
Полученная формула для скорости ракеты справедлива лишь при условии, что вся масса сгоревшего топлива выбрасывается из ракеты одновременно. На самом деле истечение происходит постепенно в течение всего времени ускоренного движения ракеты. Каждая последующая порция газа выбрасывается из ракеты, которая уже приобрела некоторую скорость.
Для получения точной формулы процесс истечения газа из сопла ракеты нужно рассмотреть более детально. Пусть ракета в момент времени t имеет массу M и движется со скоростью (рис. 1.17.3 (1)). В течение малого промежутка времени Δt из ракеты будет выброшена некоторая порция газа с относительной скоростью Ракета в момент t + Δt будет иметь скорость а ее масса станет равной M + ΔM, где ΔM < 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна –ΔM > 0. Скорость газов в инерциальной системе OX будет равна Применим закон сохранения импульса. В момент времени t + Δt импульс ракеты равен а импульс испущенных газов равен В момент времени t импульс всей системы был равен Предполагая систему «ракета + газы» замкнутой, можно записать:

Величиной можно пренебречь, так как |ΔM| << M. Разделив обе части последнего соотношения на Δt и перейдя к пределу при Δt → 0, получим

Рисунок 1.17.3.
Ракета, движущаяся в свободном пространстве (без гравитации). 1 – в момент времени t. Масса ракеты М, ее скорость 2 – Ракета в момент времени t + Δt. Масса ракеты M + ΔM, где ΔM < 0, ее скорость масса выброшенных газов –ΔM > 0, относительная скорость газов скорость газов в инерциальной системе
Величина есть расход топлива в единицу времени. Величина называется реактивной силой тяги Реактивная сила тяги действует на ракету со стороны истекающих газов, она направлена в сторону, противоположную относительной скорости. Соотношение

выражает второй закон Ньютона для тела переменной массы. Если газы выбрасываются из сопла ракеты строго назад (рис. 1.17.3), то в скалярной форме это соотношение принимает вид:
Ma = μu,
где u – модуль относительной скорости. С помощью математической операции интегрирования из этого соотношения можно получить формулу для конечной скорости υ ракеты:

где – отношение начальной и конечной масс ракеты. Эта формула называется формулой Циолковского. Из нее следует, что конечная скорость ракеты может превышать относительную скорость истечения газов. Следовательно, ракета может быть разогнана до больших скоростей, необходимых для космических полетов. Но это может быть достигнуто только путем расхода значительной массы топлива, составляющей большую долю первоначальной массы ракеты. Например, для достижения первой космической скорости υ = υ1 = 7,9·103 м/с при u = 3·103 м/с (скорости истечения газов при сгорании топлива бывают порядка 2–4 км/с) стартовая масса одноступенчатой ракеты должна примерно в 14 раз превышать конечную массу. Для достижения конечной скорости υ = 4u отношение должно быть равно 50.

Модель. Реактивное движение
Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенчатых ракет, когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.

4 октября 1957 г. ракета-носитель Р-7 «Спутник» вывела на околоземную орбиту первый искусственный спутник, созданный в СССР. Раздвигая границы доступного пространства, люди вышли за пределы Земли. Этот день стал для человечества началом космической эры, к которой люди последовательно шли от одного технического достижения к другому.

В наше время у большинства людей при слове «ракета» возникают ассоциации с космосом , хотя оно обозначает любой летательный аппарат, который перемещается в пространстве за счет действия реактивной тяги силы, возникающей при взаимодействии тела и исходящего из него вещества с кинетической энергией. Природный аналог реактивной тяги способ передвижения кальмаров и осьминогов, которые выталкивают из себя набранную воду. Маленькая праздничная петарда, баллистическая ракета и космическая ракета по принципу своего действия находятся в близком родстве и имеют общего прародителя.

Первым документально зафиксированным случаем применения реактивной тяги был описанный римским писателем Авлом Геллием «полет» деревянного голубя, изготовленного в 400 г. до н. э. греческим ученым Архитом Тарентским. Голубь двигался вдоль проволоки за счет извержения пара. Появление настоящих ракет, используемых для фейерверков, а затем и в военных целях, историки относят к VIII-IX вв., когда в Китае был изобретен дымный порох . Возникающие при горении пороха газы обладают достаточной энергией, чтобы сообщить движение содержащей его капсуле. В военных целях китайцы использовали «огненные стрелы», прикрепляя обычные стрелы к бумажным трубкам, открытым с одного конца и заполненным горючей смесью. Заряд поджигали, и стрелу выпускали с помощью лука.

От китайцев секрет пороха и ракет узнали арабы, а от них европейцы. В Европе ракеты широкого применения в качестве вооружения не нашли и надолго остались в основном средством развлечения. Впрочем, по некоторым данным, в XVI-XVII вв. ракеты применяли запорожские казаки, а белорусский военный инженер Казимир Семенович даже описал многоступенчатую ракету.

Во время колониальных войн конца XVIII в. с подобным вооружением индийских войск пришлось столкнуться британцам, а в 1805 г. английский изобретатель Уильям Конгрив продемонстрировал пороховую ракету с корпусом из листового железа. Отлично зарекомендовавшие себя в сражениях с французской армией и в англо-американской войне 1812-1815 гг., ракеты стояли на вооружении англичан вплоть до середины XIX в. Ракеты использовались и в российской армии, их усовершенствованием занимались военные инженеры генерал артиллерии Константин Константинов и генерал-лейтенант Александр Засядко, который, в частности, производил расчеты, сколько пороха понадобится для запуска ракеты на Луну.

Во второй половине XIX в., с появлением нарезных орудий, ракетная артиллерия была снята с вооружения. Однако ученые не оставляли попытки математически объяснить реактивное движение и создать более эффективное ракетное вооружение, а также исследовали возможность реактивных двигателей для космических полетов с этого времени военная и космическая ипостаси ракеты выступают «в одной упряжке».

О Запуск ракет-фейерверков. Гравюра начала XVII в.

Ракета (от ит. rocchetto «катушка», «маленькое веретено») летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счет действия реактивной тяги, возникающей при сбросе ракетой части собственной массы.

Огромный вклад в теорию реактивного движения внес Константин Эдуардович Циолковский, который занимался ею с 1896 г. и через семь лет спроектировал ракету для межпланетных сообщений. Основоположник современной космонавтики утверждал, что наиболее эффективным топливом для нее было бы сочетание жидких кислорода и водорода либо кислорода с углеводородами. Многие из его идей в дальнейшем нашли применение в ракетостроении, например газовые рули для управления полетом ракеты и изменения траектории движения ее центра масс; использование компонентов топлива для охлаждения внешней оболочки космического аппарата; оптимальные траектории спуска космического аппарата при возвращении из космоса и др. Циолковский также вывел основное уравнение реактивного движения и пришел к выводу о необходимости использования «ракетных поездов» прототипов многоступенчатых ракет.

В Германии принципы межпланетных перелетов разрабатывал ученый и инженер Герман Юлиус Оберт. В 1917 г. он создал проект ракеты, работающей на спирте и жидком кислороде, а в 1923 г. издал книгу «Ракета для межпланетного пространства» первую в мировой научной литературе работу, в которой точно и полно обосновывалась возможность создания ракеты на жидком топливе. В США в 1920-х годах над проблемой жидкостных реактивных двигателей трудился Роберт Годдард.

В 1930-1940-х годах внимание конструкторов снова сместилось в сторону военного применения ракет. В нашей стране исследования вели Московская группа изучения реактивного движения и Ленинградская газодинамическая лаборатория, на базе которых в 1933 г. был создан Реактивный институт (РНИИ). Именно там была завершена начатая еще в 1929 г. разработка нового вида вооружения реактивных снарядов, установка для запуска которых известна во всем мире под именем «Катюша». В Германии аналогичные проекты осуществлялись Немецким обществом межпланетных сообщений (VfR), которое, несмотря на название, работало преимущественно на военную промышленность.

К. Э. Циолковский.

Р. Годдард перед пуском своей ракеты. 1925 г.

В 1932 г. член конструктор Вернер фон Браун занялся проблемой жидкостных реактивных двигателей для ракетного оружия. В 1942 г. в ракетном центре в Пенемюнде была разработана баллистическая ракета А-4 с дальностью полета 320 км, а в 1944 г. ее поставили на боевую службу под названием V-2. Военное применение V-2 продемонстрировало огромные возможности ракетной техники, и наиболее мощные послевоенные державы США и СССР также начали разработку баллистических ракет. В1957 г. в СССР под руководством Сергея Павловича Королева в качестве средства доставки ядерного заряда была создана первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, которая в том же году была использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли. Так началось применение ракет для космических полетов.

Ракета-носитель является транспортным средством, способным вывести на орбиту и в межпланетное пространство космический аппарат, но сама она космическим аппаратом не является. Однако за автоматическими и пилотируемыми космическими аппаратами в обиходе и в научной фантастике закрепилось все то же название ракета.

Для того чтобы вывести на орбиту Земли космический аппарат, требуется разгон до скорости 7,91 кмс (первая космическая скорость). Однако общий вес снаряженной ракеты настолько велик, что достичь необходимой скорости за приемлемое время невозможно. Для решения этой проблемы используются многоступенчатые ракеты, вес которых равномерно уменьшается при отделении ступеней с отработанным топливом. Конструкторское бюро Королева на базе боевой ракеты разработало семейство трех- и четырехступенчатых космических ракет-носителей, которые могли реализовать пилотируемые полеты и запуск автоматических космических станций.

Р. Небель и В. фон Браун с ракетами «Мирак» на космодроме.

С. П. Королев среди сотрудников Группы изучения реактивного движения (ГИРД). 1932 г.

Первый космический спутник.

В том же 1957 г. был запущен второй спутник с собакой Лайкой на борту. В 1959 г. ракеты-носители «Восток» вывели на траекторию полета три автоматические станции «Луна». В следующем году на орбиту были выведены два корабля-спутника, один из них с собаками на борту. 12 апреля 1961 г. впервые космический корабль с человеком на борту вышел за пределы Земли. Ракета-носитель «Восток» вывела на околоземную орбиту советский космический корабль «Восток», пилотируемый космонавтом Юрием Гагариным. В дальнейшем полеты человека на околоземную орбиту стали регулярными. Ракеты-носители «Молния» запустили автоматические межпланетные станции к Венере и Марсу. В 1965 г. с космодрома «Байконур» был осуществлен запуск ракеты-носителя «Протон», которая в различных модификациях используется и по сей день. В 1988 г. ракета «Энергия-Буран» вывела на орбиту многоразовый космический корабль «Буран».

Главный соперник СССР в освоении космического пространства США буквально наступал нашей стране на пятки. В начале 1958 г. ракета-носитель «Юпитер-С» вывела на околоземную орбиту спутник «Эксплорер-1». В том же году было создано НАСА Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. В 1969 г. американские астронавты с помощью ракеты «Сатурн-5» высадились на поверхность Луны. Десять лет спустя в эксплуатацию была введена многоразовая транспортная ракетная система «Спейс шаттл» (англ. Space Shuttle «космический челнок»). Она включает в себя две твердотопливные ракеты, спускаемые после использования на парашютах.

Собака-космонавт Лайка перед полетом на втором искусственном спутнике Земли.

Работа в космосе: «Мир» и МКС

В 1986 г. на орбиту была выведена российская космическая станция «Мир» своеобразный символ советской космической мощи. Станция представляла собой сложный научно-исследовательский комплекс; в 1986 г. был запущен базовый модуль, в последующие 10 лет к нему были пристыкованы еще шесть модулей: астрофизические, технологические, геофизические... За 15 лет существования «Мира» на нем успели поработать 104 космонавта из 12 стран, было проведено более 20 тыс. разнообразных экспериментов. В 2001 г. из-за многочисленных проблем, связанных с возрастом оборудования, «Мир» был затоплен в Тихом океане.

Другой известный орбитальный проект Международная космическая станция, МКС является «детищем» сразу 15 стран, однако самый весомый вклад в функционирование МКС вносят Россия и США. МКС была запущена на орбиту в 1998 г., а в 2000-м на ее борт был доставлен первый экипаж. Управление полетом МКС осуществляется одновременно из двух центров: российским сегментом из ЦУП-М (г. Королев), американским сегментом из ЦУП-Х (г. Хьюстон). За время существования МКС трижды все управление станцией передавалось в ЦУП-М из-за чрезвычайных обстоятельств в США. У российской стороны еще не было причины передавать управление в ЦУП-Х.

На сегодняшний день самыми мощными ракетами-носителями, которые способны доставить на низкую околоземную орбиту (200 км) до 20 т полезного груза, являются «Протон-М» и «Спейс шаттл». Однако система «Спейс шаттл» не может работать без помощи орбитального челнока. Производство более мощных ракет отечественных «Н-1» и «Энергии», американской «Сатурн-5» в настоящее время прекращено. На стадии проектирования находится альтернативный способ подъема космических аппаратов на орбиту, так называемый космический лифт, однако до его реального появления еще очень далеко, а это значит, что в ближайшее время ракеты без работы не останутся.

В небо взмывают многотонные космические корабли, а в морских водах ловко лавируют прозрачные, студенистые медузы, каракатицы и осьминоги - что между ними общего? Оказывается, в обоих случаях для перемещения используется принцип реактивного движения. Именно этой теме и посвящена наша сегодняшняя статья.

Заглянем в историю

Самые первые достоверные сведения о ракетах относятся к XIII веку. Они применялись индусами, китайцами, арабами и европейцами в боевых действиях как боевое и сигнальное оружие. Затем последовали целые столетия почти полного забвения этих устройств.

В России идея использования реактивного двигателя возродилась благодаря работам революционера-народовольца Николая Кибальчича. Сидя в царских застенках, он разработал российский проект реактивного двигателя и летательный аппарат для людей. Кибальчич был казнен, а его проект долгие годы пылился в архивах царской охранки.

Основные идеи, чертежи и расчеты этого талантливого и мужественного человека получили дальнейшее развитие в трудах К. Э. Циолковского, который предложил использовать их для межпланетных сообщений. С 1903 по1914 год он публикует ряд работ, где убедительно доказывает возможность использования реактивного движения для исследования космического пространства и обосновывает целесообразность использования многоступенчатых ракет.

Многие научные разработки Циолковского и по сей день применяются в ракетостроении.

Биологические ракеты

Как, вообще возникла идея перемещаться, отталкиваясь от собственной реактивной струи? Возможно, пристально наблюдая за морскими обитателями, жители прибрежных зон заметили, как это происходит в животном мире.

Например, морской гребешок перемещается за счет реактивной силы водной струи, выбрасываемой из раковины при быстром сжатии её створок. Но ему никогда не угнаться за самыми быстрыми пловцами - кальмарами.

Их ракетообразные тела мчатся хвостом вперед, выбрасывая из специальной воронки, запасенную воду. перемещаются по тому же принципу, выдавливая воду сокращением своего прозрачного купола.

Природа одарила «реактивным двигателем» и растение под названием «бешеный огурец». Когда его плоды полностью созревают, в ответ на самое слабое прикосновение, он выстреливает клейковину с семенами. Сам плод при этом отбрасывается в противоположную сторону на расстояние до 12 м!

Ни морским обитателям, ни растениям неведомы физические законы, лежащие в основе этого способа передвижения. Мы же попробуем в этом разобраться.

Физические основы принципа реактивного движения

Вначале обратимся к простейшему опыту. Надуем резиновый шарик и, не завязывая, отпустим в свободный полёт. Стремительное движение шарика будет продолжаться до тех пор, пока истекающая из него струя воздуха будет достаточно сильной.

Для объяснения результатов этого опыта нам следует обратиться к III закону , который утверждает, что два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению. Следовательно, сила, с которой шарик воздействует на вырывающиеся из него струи воздуха, равна силе, с которой воздух отталкивает от себя шарик.

Перенесем эти рассуждения на ракету. Эти устройства на огромной скорости выбрасывают некоторую часть своей массы, вследствие чего сами получают ускорение в противоположном направлении.

С точки зрения физики этот процесс чётко объясняется законом сохранения импульса. Импульс - это произведение массы тела на его скорость (mv) Пока ракета в покое, её скорость и импульс равны нулю. Если из неё выбрасывается реактивная струя, то оставшаяся часть по закону сохранения импульса должна приобрести такую скорость, чтобы суммарный импульс по-прежнему был равным нулю.

Обратимся к формулам:

m г v г + m р v р =0;

m г v г =- m р v р,

где m г v г импульс создаваемой струей газов, m р v р импульс, полученный ракетой.

Знак минус показывает, что направление движения ракеты и реактивной струи противоположны.

Устройство и принцип работы реактивного двигателя

В технике реактивные двигатели приводят в движение самолёты, ракеты, выводят на орбиты космические аппараты. В зависимости от назначения они имеют разное устройство. Но каждый из них имеет запас топлива, камеру для его сгорания и сопло, ускоряющее реактивную струю.

На межпланетных автоматических станциях оборудован также приборный отсек и кабины с системой жизнеобеспечения для космонавтов.

Современные космические ракеты это сложные, многоступенчатые летательные аппараты, использующие новейшие достижения инженерной мысли. После старта вначале сгорает топливо в нижней ступени, после чего она отделяется от ракеты, уменьшая её общую массу и увеличивая скорость.

Затем расходуется топливо во второй ступени и т. д. Наконец, летательный аппарат выводится на заданную траекторию и начинает свой самостоятельный полёт.

Немного помечтаем

Великий мечтатель и учёный К. Э. Циолковский подарил будущим поколениям уверенность в том, что реактивные двигатели позволят человечеству вырваться за пределы земной атмосферы и устремиться в космос. Его предвидение сбылось. Луна, и даже далёкие кометы успешно исследуются космическими аппаратами.

В космонавтике используют жидкостные реактивные двигатели. Используя в качестве топлива нефтепродукты, но скорости, которые удается получить с их помощью, недостаточны для очень дальних перелётов.

Возможно, вы, наши дорогие читатели, станете свидетелями полётов землян в другие галактики на аппаратах с ядерными, термоядерными или ионными реактивными двигателями.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя