Свердловск ТВ

    Искусственные спутники Земли



    Искусственные спутники Земли - космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты. Они предназначаются для решения ризнихнаукових и прикладных задач.

    Человечество всегда стремилось к звездам, они манили к себе как магнит ни что не могло удержать человека на Земле. Глядя трансляции футбольного матча по телевизору, у меня часто возникает вопрос: как человеку вдаетьсяпередаваты события, происходящие за пределами нашего материка. В Югославиийде война. Натовские войска способны поражать цели на огромном расстоянии.
    Как же им это удается? Какую технику они используют? Когда я дивлюсяфантастику, я задумываюсь о том, сможет ли человек совершить своифантазии: летать с огромными скоростями на маневренных космических, встретиться с внеземными цивилизациями. Задумываясь о своем будущем, мне бы хотелось, чтобы наше государство не прекращало тенденции к развитию космической деятельности, чтобы наша страна не сдавала лидируючийпозиции в области космических научных исследований. Ведь мы первыми змоглизапуститы искусственный спутник Земли, первый полетел в космос громадяниннашои страны, мы единственные смогли установить космическую станцию ​​нанавколоземний орбите.

    Целью своей работы я поставил - ознакомиться с физическими основамипольоту космических объектов. Только после этого можно найти ответы на поставленные мной вопросы Из моего реферата вы узнаете о физических основипристрои ракеты, о движении искусственных спутников и посадки космичнихкораблив, так же вы сможете узнать перспективы ракетной техники.

    Физические основы устройства ракеты.

    Принцип реактивного движения, открытый Исааком Ньютоном в 1686 году, кратко можно сформулировать так: действие равно и противоположно направлению противодействия. Но применение этого универсального принципа к решению сложной и увлекательной задачи о полетах на космичнихкораблях в мировые глубины было блестяще осуществлено нашим гениальнимспиввитчизником К. Э. Циалковским. Именно Циалковский дал полное решение проблемы межпланетных перелетов на основе использования ракеты в якостикошты полета.

    Ракетой, согласно К. Е. Циалковскому, называется любой реактивнийприлад, который движется в направлении, противоположном направлению струи, образовавшейся в результате сгорания топлива в специальной камере.

    Основными частями космической ракеты являются: корпус, двигатели, топливные баки с вспомогательными приборами, система управления, стабилизаторы, кабина.

    В обычной одноступенчатой ​​ракете энергия рабочего тела расходуется не вполне рационально - для разгона не только самой ракеты, а йзвильнилися от топлива баков, которые уже сделали свое дело и езайвим грузом. Наиболее выгодна, конечно, самоочищающаяся ракета, в якийбезперервно сгорает не топливо, а свободные от топлива части баков.
    Сейчас конструирование таких непрерывных ракет трудно осуществлять за техническим причинам, однако можно сказать, что созданные по идее
    Циалковского многоступенчатые ракеты - это известное приближение к непрерывному ракетам: они состоят из нескольких ракетных ступеней, которые во мере расхода топлива автоматически или по команде с Земли отделяются видракеты, освобождая ее от ненужного груза.

    В современных ракетах реактивные двигатели работают как на твердом, так и на жидком химическом топливе. Основную роль в космических ракетахграють жидкие топлива. С их помощью человек вступил в борьбе с силоюземного тяжести и победил. Но сейчас ведутся поиски новых видов твердого, которое имеет ряд преимуществ перед жидким. Ракеты на твердомупаливи могут заправляться задолго до запуска и длительное время находиться на стартовых площадках, готовые в любую минуту взлететь. За рубежом настоящее время часто применяются комбинированные ракеты, у которых частинаступени работает на жидком топливе, а часть на твердом.

    Основной характеристикой реактивных двигателей является сила тяги. В соответствии с третьим законом механики при истечении газов зьявляетьсявидповидна сила, толкающая ракету в противоположном направлении. Эта сила и называется силой тяги двигателей. В технике обычно оперируют с питомоютягою, т.е. с тягой, развиваемой двигателем при сгорании 1 кг. топлива в 1сек. Сила тяги ракетных двигателей вычисляется по формуле: P = cmсек + S (pc-ph), где mсек - масса сгорает топлива, выбрасываемого ежесекундно, тобтосекундний расход топлива, с - скорость истечения газов, рН - атмосферное на высоте h над уровне моря, S - площадь сечения на срезе сопла.

    Из формулы видно, что увеличение силы тяги ракетных двигунивтеоретично можно получить различным образом. Например, можно добиться увеличения скорости истечения газов или площади выходного сечения. Однако на практике увеличение тяги представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Так, например, увеличение площади приводит к увеличению силы опоруповитря и, следовательно, к торможению. Скорость истечения газов также может увеличена беспредельно. Поэтому выбирают оптимальное, т.е. наиболее выгодные и целесообразное решение с учетом многих факторов. Это ришеннявиходить в результате многочисленных экспериментов в ризнихатмосферних и климатических условиях.

    Одним из главных условий для осуществления межпланетных перельотивза помощью космических ракет является выбор топлива. Во ракетным паливомрозумиють совокупность горючего и окислителя (так как полет ракеты может происходить и в безвоздушном пространстве, то окислитель должен быть на борту ракеты). Как топливо применяют жидкие вуглеводневизьеднання: керосин, спирт, газойль, соединение азота с водородом - гидразин и т.п. В качестве окислителя используют, например, ридкийкисень, перекись водорода, азотную кислоту.

    Чтобы получить более полное представление об эффективности ризнихгорючих и окислителей, приведем таблицу вычисленных Зенгер максимальнихтеоретичних скоростей истечения газов.

    | | Максимальные теоретические скорости истечения, |
    | Топливо | м / сек |
    | | Окислители |
    | | Перекись | Азотная | Кислород | Озон | Фтор |
    | | Водорода | кислота | | | |
    | Водород | 4630 | 4570 | 5640 | 6095 | 6500 |
    | Октан | 4190 | 3810 | 4610 | 5090 | 4920 |
    | Углерод | 3860 | 3540 | 4320 | 4790 | 3975 |
    | Этиловый спирт | 3980 | 3700 | 4400 | 4840 | 4750 |
    | Метиловый спирт | 3900 | 3640 | 4245 | 4640 | 4650 |
    | Анилин | 3980 | 3710 | 4470 | 4765 | 4570 |
    | Виниловый спирт | 3990 | 3740 | 4445 | 4890 | 4520 |
    | Гидразингидрат | 3960 | 3760 | 4280 | 4610 | 5610 |

    Однако максимальную скорость истечения газов (7310 м / сек) дает реакциячистого озона с чистым бериллием. Но, конечно, в реальных условиях жоднуз приведенных теоретических скоростей истечения достигнуть не удается из-влияния многих побочных факторов, таких, как неполная реакция в камеризгоряння, потери тепловой энергии, невозможность достижения теоретичногокоефициента расширения газов и др.

    Ценность ракетных топлив обусловливается не только скоростью истечения газов, но и взрывной безопасностью, удельным весом, стоимостью ядовитых. Из приведенной таблицы видно, что одним из наиболее эффективных окислителей является фтор, широко распространенный в природе.
    Но он имеет и недостатки. Трудность применения фтора связана с йогоотруйна и коррозионной активностью. Ядовитость фтора гратимероли, если его использовать окислителем во вторых и последующих щабляхракеты. В этом случае атмосфера вблизи стартового площадки не будеотруюватися. Но фтор кипит при температуре -180 градусов, поэтому для йогозберигання приходится использовать двустенные сосуды. Заправка в ракеты фторуповинна проводиться перед самым стартом.
    Даже из немногих приведенных примеров видно, насколько сложен вибирпального и окислителей.

    Три космические скорости.

    В первое время после запуска искусственного спутника Земли часто можно было слышать вопрос: "Почему спутник после выключения двигателей продовжуезвертатися вокруг Земли, не падая на Землю?". Так ли это? В действительности спутник "падает" - он притягивается к Земле под действием силы тяжести. Если бы не было тяжести, то спутник улетел бы за инерциеювид Земли в направлении приобретенной им скорости. Земной спостеригачсприйняв бы такое движение спутника как движение вверх. Как известно по курсу физики, для движения по окружности радиуса R тело должно володитидоцентрови ускорением a = V2 / R, где а - ускорение, V - скорость.
    Поскольку в данном случае роль центростремительного ускорения граеприскорення силы тяжести, то можно написать: g = V2 / R. Отсюда неважковизначиты скорость Vкр, необходимую для кругового движения на расстоянии Rвид центру Земли: Vкр2 = gR. В приближенных расчетах принимается, щоприскорення силы тяжести постоянно и равно 9,81 м/сек2. Эта формуласправедлива и в более общем случае, только ускорение силы тяжести следует считать переменной величиной. Таким образом, мы нашли скорость круговогоруху. Какова же та начальная скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно двигалось вокруг Земли по кругу? Нам уже известно, что чимвелику скорость сообщить телу, тем на большее расстояние оно улетит.
    Траектории полета будут эллипсами (мы пренебрегаем влиянием опоруземнои атмосферы и рассматриваем полет тела в пустоте). При деякийдостатньо большой скорости тело не успеет упасть на Землю и, сделав повнийоборот вокруг Земли, вернется в исходную точку, чтобы вновь початирух по кругу. Скорость спутника, движущегося по круговой орбитипоблизу земной поверхности, называется круговой или первой космичноишвидкистю и представляет собой ту скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно стало спутником Земли. Первая космическая скорость у поверхности
    Земли может быть вычислена по приведенной выше формуле для швидкостикругового движения, если подставить вместо R величину радиуса Земли (6400км), а вместо g - ускорение свободного падения тела, равный 9,81 м/сек2. В результате найдем, что первая космическая скорость равна Vкр = 7,9 км / сек.

    Познакомимся теперь со второй космической или параболичноишвидкистю, под которой понимают скорость, необходимую для того, чтобы тилоподолало земное притяжение. Если тело достигнет второго космичноишвидкости, оно может уйти от Земли на любые угодно великевидстань (предполагается, что на тело не будут действовать никакие иншисилы, кроме сил земного притяжения).

    Проще всего для получения величины второй космической швидкостискористатися законом сохранения энергии. Совершенно очевидно, что пислявимкнення двигателей сумма кинетической и потенциальной энергии ракетиповинна оставаться постоянной. Пусть в момент выключения двигателей ракетазнаходилася на расстоянии R от центра Земли и имела начальную скорость V
    (Для простоты рассмотрим вертикальный полет ракеты). Тогда по мере виддаленняракеты от Земли скорость ее будет уменьшаться. На некотором расстоянии rmaxракета остановится, потому что ее скорость обратится в ноль, и начнет вильнопадаты на Землю. Если в начальный момент ракета обладала найбильшоюкинетичнои энергией mV2 / 2, а потенциальная энергия была равна нулю, то в высшей точке, где скорость равна нулю, кинетическая энергия обращается нуль, переходя полностью в потенциальную. Согласно закону сохранения энергии, находим: mV2 / 2 = fmM (1/R-1/rmax) или V2 = 2fM (1/R-1/rmax). Считая rmax, бесконечно, найдем значение второй космической скорости:

    Vпар = 2fM / R = 2 fM / R = 2 Vкр.
    Оказывается, она превышает первую космическую скорость в 2 раза. Если вспомнить, что ускорение свободного падения g = fM/R2, то приходимодо формулы Vпар = 2gR. Чтобы определить вторую космическую скорость у поверхности Земли, следует в эту формулу подставить R = 6400км, в результате получим Vкр (11,19 км / сек

    По приведенным формулам можно вычислить параболическую скорость прими любом расстоянии от Земли, а также определить ее значение для других тилсонячнои системы.

    Выведенный выше интеграл энергии позволяет решить многие завданькосмонавтикы, например, позволяет производить простые приближенные розрахункируху спутников планеты, космических ракет и больших планет. Виведенаформула параболической скорости может быть использована и в наближенихрозрахунках межзвездного полета. Чтобы совершить полет к звездам, необхидноподолаты солнечное притяжение, т.е. Звездолет должна быть сообщена скорость, при которой он будет двигаться относительно
    Солнца по параболической или гиперболической орбите. Назовем найменшупочаткову скорость третью космическую скорость. Подставляя в формулупараболичнои скорости вместо М значение массы Солнца, а вместо R - среднее расстояние от Земли до Солнца, найдем, что звездолета стартуез земной орбиты, должна быть сообщена скорость около 42,2 км / сек. Итак, если телу сообщить гелиоцентрическую скорость до 42,2 км / сек, то вононазавжды покинет Солнечную систему, описал по Сонцяпараболичну орбиту. Выясним, какой должна быть величина швидкостищодо Земли, чтобы обеспечить удаление тела не только от Земли, но и от Солнца? Иногда рассуждают так: поскольку средняя скорость Земли относительно Солнца равна 29,8 км / сек, то необходимо сообщить космичномукораблю скорость, равную 42,2 км / сек - 29,8 км / сек, т.е. 12,4 км / сек. Ценевирно, потому что в этом случае не учитывается движение Земли по орбите пидвидаленни космического корабля и притяжение со стороны Земли, покикорабель находится в сфере ее действия. Поэтому третья космическая швидкистьвидносно Земли больше 12,4 км / сек и равна 16,7 км / сек.

    Движение искусственных спутников Земли.

    Движение искусственных спутников Земли не описывается законами
    Кеплера, что обусловливается двумя причинами:

    1) Земля не является точно шаром с однородным распределением плотности по объему. Поэтому ее поле тяготения не эквивалентно полю тяготения точечной массы, расположенной в геометрическом центре Земли;

    2) Земная атмосфера оказывает тормозящее действие на движение искусственных спутников, вследствие чего их орбита меняет свою форму и размеры и в конечном итоге спутники падают на

    Землю.

    За отклонение движения спутников от кеплеровского можно вывести заключение о форме Земли, распределении плотности по ее объему, будовуземнои атмосферы. Поэтому именно изучение движения искусственных супутникивдозволило получить наиболее полные данные по этим вопросам.

    Если бы Земля была однородным слоем и не существовало бы атмосферы, тосупутник двигался бы по орбите, плоскость сохраняет неизменную ориентацию в пространстве относительно системы неподвижных звезд. Элементы орбиты в этом случае определяются законами Кеплера. Потому что Земля вращается, то при каждом следующем обороте спутник движется над разными точками земной поверхности. Зная трассу спутника за один какой-либо оборот, неважкопередбачиты его положение во все последующие моменты времени. Для этого необходимо учесть, что Земля вращается с запада на восток с угловой примерно 15 градусов в час. Поэтому на следующем оборотисупутник пересекает туже широту западнее на столько градусов, на сколько
    Земля повернется на восток за период вращения спутника.

    Через сопротивления земной атмосферы спутники не могут довгостроковорухатися на высоте ниже 160 км. Минимальный период обращения на такийвисоти по круговой орбите равна примерно 88 мин, т.е. примерно 1,5 ч. за это время Земля вращается на 22,5 градуса. На широте 50 градусивцього углу соответствует расстояние в 1400 км. Итак, можно сказать, что спутник, период обращения которого 1,5 часа, на широте 50градусив будет наблюдаться при каждом обороте примерно на 1400км на запад, чем на предыдущем.

    Однако такой расчет дает достаточную точность прогнозов лишь для нескольких оборотов спутника. Если речь идет о значительном промежутке, то надо принять во внимание отличие звездных суток от 24 часов.
    Поскольку один оборот вокруг Солнца Землей происходит за 365 суток, то за одну сутки Земля вокруг Солнца описывает угол примерно в 1 градус (точнее,
    0,99) в том же направлении, в котором вращается вокруг своей оси. Поэтому при
    24 часа Земля вращается относительно неподвижных звезд не на 360 градусов, а на 361 и, следовательно, совершает один оборот не за 24 часа, а за 23 часа 56 минут. Поэтому трасса спутника по широте смещается на западное на 15 градусов в час, а на 15,041 градусов.

    Круговая орбита спутника в экваториальной плоскости, двигаясь по которой он находится все время над одниеюи той же точкой экватора, называется геостационарной. Почти половина земной поверхности может быть связана со спутником на орбите синхронной прямолинейно розповсюджуетьсясигналамы высоких частот или световыми сигналами. Поэтому спутники насинхронних орбитах имеют большое значение для системы связи.

    Посадка космических кораблей

    Одной из сложнейших проблем космонавтики является посадкакосмичного корабля или контейнера с научной аппаратурой на Землю абопланету назначения. Методика посадки на различные небесные тела существенно зависит от наличия атмосферы на планете назначения, от физических властивостейповерхни и многих других причин. Чем плотнее атмосфера, тем простишепогаситы космическую скорость корабля и посадить его, потому планетнаатмосфера может быть использована в качестве своего рода повитряногогальма.

    Можно указать три способа посадки космических кораблей. Первый способ
    - Жесткая посадка, которая происходит без гашения скорости корабля. Сохраняя момент удара с планетой космическую скорость, корабль разрушается.
    Например, при сближении с Луной скорость корабля составляет 2,3 - 3,3 км / сек. Создание конструкции, которые выдерживали бы ударные напряжения, возникающие при этих скоростях, - задача технически неразрешима. Такая же картина будет наблюдаться при жесткой посадке на Меркурий, астероиды и другие небесные тела, лишенные атмосферы.

    Другой способ посадки - грубая посадка с частичным уповильненнямшвидкости. В этом варианте при входе ракеты в сферу действия планеты корабельслид развернуть таким образом, чтобы сопла двигателей были направлены в сторону планеты назначения. Тогда тяга двигателей, будучи направлена ​​в сторону, противоположную движению корабля, будет замедлять движение.
    Поворот корабля вокруг его оси можно выполнить с помощью двигунивневеликои мощности. Одно из возможных решений задачи заключается в установке боков корабля двух двигателей, смещенных относительно друг друга, причомусилы тяги этих двигателей должны быть направлены противоположно. Тогда возникает пара сил (две равные по величине и противоположных по напрямкомсилы), которая развернет корабль в нужном направлении. Затем включаютьсяракетни двигатели, уменьшающие скорость до определенного предела. В моментпосадкы ракета может иметь скоростью несколько сотен метров в секунду, чтобы она могла выдержать удар о поверхность.

    Наконец третий метод посадки, наиболее важным при доставке на планетивисокоточного научного оборудования и при высадке членов экспедиции, - Это мягкий посадка корабля, подобная посадке самолета на аэродром. Наиболее трудных является мягкая посадка с приземлением в заранее указанном месте.

    Если планета назначения не обладает атмосферой, то мягкая посадкаможе осуществляться только с помощью тормозных реактивных двигателей, гасят скорость корабля до нескольких десятков метров в секунду. При цьомуробота двигателей должна заканчиваться на высоте примерно 10-30 метров от поверхности планеты в предотвращении пылевого вихря и пожара, обумовленогонеповним выгоранием топлива. Удар о планету можно смягчить также за допомогоюамортизацийнои системы.

    Полет космического корабля вблизи планеты назначения, вообще говоря, будет происходить по гиперболической орбите. Поэтому возможно или видразуздийсниты посадку на поверхность планеты, гася гиперболическую скорость, либо предварительно вывести корабль на спутниковую орбиту, выбрать место для посадки и затем осуществлять спуск.

    Опасности межпланетного перелета.

    Опасность номер один - потоки частиц высоких энергий, проникают массовые преграды. Помимо жестких солнечных излучений в мижпланетномупольоти следует остерегаться воздействия космических людей и потоков частоквисоких энергий вблизи планет.

    В отдаленных областях космического пространства рождаются несущиеся с большими скоростями заряженные частицы, потоки которых именуютьсякосмичнимы лучами. Врываясь в верхнюю атмосферу Земли, они продовжуютьвдруге потоки заряженных частиц. Последние накапливаются в навколоземномукосмичному пространстве. Солнечная активность также причиноюнакопичення частиц высоких энергий вблизи Земли. Запуски первых спутников
    Земли и космических ракет дали возможность группе американских ученых под руководством Дж. Ван-Аллена и советским ученым, открыть и изучить потокичастинок высоких энергий в ближнем космосе. В результате этих исследований установлены существование поясов заряженных частиц вблизи Земли. Что запоясы? Известно, что наша планета представляет собой гигантский магнит, Абуд любое магнитное поле влияет на движение заряженных частиц.
    Поэтому частицы, летящие из мировых глубин, - корпускулы, которые выбрасывают
    Солнцем, подлетая к Земле, задерживаются ее магнитным полем распределяются по определенным отраслям ближнего космоса. Из этих частокформуеться три пояса, охватывающие Землю.

    Наиболее опасный внутренний пояс простирается до полярных широт.
    Околополярние области свободны от частиц высоких энергий. Ближняя к Землимежа внутреннего пояса в разных районах Земли проходит на ризнихвисотах. Границы также зависят от фазы солнечной активности. Высота нижньоикордону в восточном полушарии может составлять около 1500 км, а в западном
    - Около 500 км. Такое расположение обусловлено несовпадением магнитнихпоясив Земли с ее географическими полюсами. Внешний радиационный пояспростягаеться на расстоянии 70-150 тыс. км.

    Действие космических лучей и радиационных поясов такое же, как и действие радиоактивных веществ. Нахождение в радиационном поясе без якоизахисту течение одной-двух суток влечет за собой получение смертельноидозы радиации. Человек будет поражен лучевой болезнью в найважчийформи.

    Поставить эффективную защиту на космическом корабле пока не возможно, техника пока бессильна сделать это. Итак, пока существует лишь один выход - безопасные космические дороги.

    В годы спокойного Солнца в ближнем космосе летать возможно на высотах, не превышающих 600 км. Выше полеты противопоказаны: там розташованикильцеви потоки заряженных частиц. Полет к другим планетам потрибноздийснюваты через "каналы", расположенные вблизи оси вращения Земли. Выход из Земли в межпланетное пространство возможен только в арктических иантарктичних областях.

    Перейдем к опасности номер два - встречи с метеоритными частицами.

    Как мы видели ранее, метеорная материя широко распространена в межпланетном пространстве. Достаточно сказать, что за счет выпадающих на
    Землю метеоритов и метеорной пыли масса Земли ежесуточно возрастает на
    0,5 * 106 кг. Эти метеорные тела движется со скоростями, значения якихколиваеться в пределах от 11 км / сек до 80 км / сек. Удар метеорита по обшивцикорабля может привести к непоправимым последствиям.

    Чтобы определить необходимую для защиты толщину стенок корабля, выясним "пробивную" силу метеоритов. Письмо дюралюминия толщиной 1 ммпробиваеться любым метеоритом диаметром 0,2 мм и более. Стальная обшивкатовщиною 3 мм пробивается метеоритом диаметром более 1 мм, а сталь толщиной
    12 мм может быть пробита метеоритом диаметром 0,5 см.

    Определенную опасность могут представлять и метеориты-пылинки, так называемые микрометеоритов. Они малы, но каков будет эффект безперервнихударив их о стенки корабля? Не могут они постепенно разрушить обшивку?
    Ведь даже пробоина микроскопических размеров вызовет катастрофу: порушитьсягерметизация кабины, температура упадет до крайне низких значений, космических путешественник погибнет. проведены расчеты показали, щообшивка корабля из дюралюминия толщиной 1,5 мм или из нержавеющей сталитовщиною 0,6 мм обеспечивает безопасность от ударов микрометеоритивприблизно течение года.

    Но сказанным не исчерпываются все опасности космического полета.
    Существует еще опасность номер три - испепеляющая жара при полетах в атмосфере. При посадке на такие планеты, как Земля, Венера, Юпитер, которые обладают плотными атмосферами, корабль будет омываться раскаленными газами.
    Температура обшивки корабля будет подниматься до таких значений, при которых разрушаются наиболее тугоплавкие материалы. Могут наблюдаться такие явления, как плавление и испарение оболочки корабля и вынесения оплавленихматериалив набегающим потоком воздуха. Корабль может "испариться", подобно дометеориту.

    Существует ряд методов регулирования температуры корабля. Один из нихправильний выбор траектории входа в атмосферу под малым углом к ​​горизонту.
    При медленном "погружении" корабля в атмосферу потеря скорости видбуваетьсяповильно, поэтому в меньшей степени происходит и разогрев корабля.

    Реактивные двигатели и баллистические ракеты.

    реактивным двигателем называют ракету, установленную в якостидвигуна на какое-либо средство транспорта. Реактивные двигатели нашли широкое применение в авиации, в военной и космической технике. В реактивных часто используют не порох, а жидкое топливо (нефть, керосин).
    Это делает работу двигателя более экономичной. Реактивная струя и в этом случае образована раскаленными газами, получающихся при сгорании топлива.
    Однако сгорание пороха может происходить и в пустоте, а для сгорания нафтинеобхидна большое количество воздуха. В самолетных реактивных двигунахповитря берется из окружающей атмосферы.

    Таким образом, в отличие от пороховых ракет, самолет с реактивным не должен нести с собой всю массу отвергается газа.
    Современные реактивные самолеты способны развивать огромные скорости, в два раза и более превышают скорость звука.

    В последние годы получили большое развитие баллистические ракеты. Так называют ракеты с запасом топлива, составляют главную часть массы ракеты, и с двигателями огромной мощности, работающие только в начале пути ракеты.
    За сравнительно небольшое время работы (несколько минут) двигатели встигаютьвитратиты весь запас топлива и сообщить ракете огромную скорость (до 10км / с и выше). После этого ракета движется уже под действием только сил тяготения Земли (и других небесных тел). Ракеты такого же типа применяют запуска искусственных спутников Земли и искусственных планет.

    Баллистические ракеты несут с собой не только топливо, но и запасокислювача (в жидком состоянии), необходимый для сжатия всего топлива. Звичайнилитакы и даже самолеты с воздушно-реактивными двигателями могут литатитилькы в пределах земной атмосферы, реактивный двигатель же балистичноиракеты (как и пороховая ракета) может работать и в безповитряномупростори.

    Баллистическая ракета должна сообщить возможно большую швидкистькорисного нагрузки, устанавливаемый на ракете. Для ракет, служащих для запуска искусственных спутников Земли, полезная нагрузка - это космичнийкорабель, для военных ракет - это боеголовка. Рассмотрим более детальнороботу реактивного двигателя, чтобы выяснить, от чего зависит "кинцевашвидкисть" ракеты - скорость, достигаемая после израсходования всего запасупалива.

    Найдем прежде всего силу реакции выбрасываемой реактивной струи - силутягы реактивного двигателя. Скорость реактивной струи, т.е. скорость виходугазив из корпуса ракеты, обозначим через v. Массу газа, выходящего из корпуса ракеты за 1 сек, обозначим через (. По третьему закону Ньютонасила, действующая со стороны ракеты на выбрасываемый газ, доривнюепротидие силе, приложенной со стороны выбрасываемого газа доракети, т.е. равна искомой силе тяги.

    Воспользуемся законом импульсов изменение количества движения тилаодно импульса действующей силы. Применим этот закон к массе газа, выброшенной из ракеты за определенный промежуток времени (. Так как увеличение скорости выбрасываемого газа равна скорости реактивноиструменя, то увеличение количества движения выброшенной массы равно (((. <Br> Значит, импульс силы, подействовали течение промежутка времени (на цюмасу, также равен ((. (Отсюда вывод, что сила, действовавшая со стороны ракеты на струю, равнялась ((. Итак, этой же величинадоривнюе и сила реакции струи - тяга реактивного двигателя.

    Теперь можно выяснить, как влияют те или иные характеристики ракеты на ее конечную скорость. Предположим сначала, что сила тяжести отсутствует.
    Предположим также, что режим работы реактивного двигателя не меняется: топливо расходуется равномерно и сила тяги остается постоянной во все время работы двигателя. Поскольку масса ракеты будет все время зменшуватисярезультати расходования горючего и кислорода, то ускорение ракеты будет, согласно второму закону Ньютона, все время увеличиваться (обратно пропорционально остается массе). В баллистические ракеты конечная масса
    (Масса после выгорания всего топлива) в сотни раз меньше начальной
    ("Стартовой") массы ракеты. Следовательно, ускорение возрастает в мирувитрачання топлива также в сотни раз. Отсюда следует, что приристшвидкости, получаемое ракетой при расходовании одного и того же килькостипалива, сильно зависит от того, в какой момент это топлива расходуется: пока запас топлива на борту ракеты большой и масса ракеты велика, приристшвидкости мало, когда топлива осталось мало и масса ракеты сильнозменшилася, увеличение скорости велико.

    По этой причине даже значительное увеличение запаса топлива не можесильно увеличить конечную скорость ракеты: ведь дополнительную килькистьпалива будет расходоваться тогда, когда масса ракеты велика, а прискореннямало, а значит, мало и достигается дополнительная прекращения кинцевоишвидкости.

    Зато увеличение скорости реактивной струи позволяет при незминномузапаси топлива сильно увеличить конечную скорость ракеты. Так, если, меняя секундный расход топлива, увеличить скорость реактивной струи, то в том же отношении увеличится и ускорение ракеты. В результате кинцевашвидкисть ракеты также возрастает в том же отношении.

    Для увеличения скорости реактивный струи соплу реактивного двигунанадають специальную форму. Кроме того, выбирают топливо, которое дает можливовелику температуру сгорания, так как скорость реактивной струи растет при увеличении температуры газа, образующего струю. Предел повышение струи ставит только жароупорного существующих металлов.

    Фотонный двигатель.

    Тип звездолета, разработанный теоретически Е. Зенгер в 1956 г., называется фотонной ракетой. Внутри фотонной ракеты имеются большие запасиречовины (например, водорода) и антивещества (например, антиводорода), а также специальный аннигиляционная редактор, в котором есть сильнемагнитне поле. Наличие магнитного поля приводит к тому, возникающие аннигиляции вещества и антивещества гамма-излучение носит спрямованийхарактер. Поток гамма фотонов, следует через сопла реактивного фотонногодвигуна, создает тягу. Главным достоинством фотонной ракеты является максимальная возможная скорость истечения, равная скорости света в вакууме.
    Однако многочисленные трудности принципиального характера, связанные с получением и длительным хранением огромных количеств антивещества, а также создание гамма фотонной тяги, приводят к выводу, что сооружение фотоннихракет неизмеримо сложнее, чем термоядерных и ионных.

    В настоящее время на основании релятивистской механики тела с переменной массой покоя можно увидеть общую теорию ракет зоднокомпонентнои и даже многокомпонентной реактивной струей. Расчеты показывают, что для термоядерной и фотонной ракет с однокомпонентноїреактивної струей имеет место равенство: 1 - (w2: c2) = 1 - (2, где (- видношенняенергии, выделяющейся при сгорании топлива, а w - скорость витиканнящодо ракеты, считается постоянной. Для термоядерной реакцииперетворення водорода в гелий (= 0,0066, так что w / c = 0,115. При реакциианигиляции вещества в антивещества (= 1, так как согласно формуле w = c.
    Расчеты также показывают, что для одного из принципиально возможных вариантов ионной ракеты справедливо соотношение:

    1-w2: c2 = 1 - (2: (1 - (2 (1 - () 2, где (- доля стартовой массы, приходящейся источник энергии. Можно сказать, что (не превышает 0,5. Если источником энергии служит термоядерный реактор, то w / c мало и составляет 0,12 при
    (= 0,5. Таким образом, применение на ионной ракете как источник энергии аннигиляционная реактора позволяет достичь огромных швидкостейзакинчення.

    Рассмотрим для примера многоступенчатую фотонную ракету, предназначенную для прямого и обратного перелета. Первая ступень р.азгоняетзорелит до максимальной скорости v, а второй тормозит его до нуля поблизуобранои для исследования планетной системы. Третья и четвертая ступенислужать соответственно для разгона звездолета на обратном пути в той жмаксимальнои скорости и для торможения до нуля около Земли. На землюповертаеться только жилая часть звездолета. Предположим сначала, что все четыре степени состоят только из топлива, а масса покоя жилой части не изменяется за время межзвездного перелета. Механика тела с зминноюмасою покоя позволяет определить стартовую массу такого звездолета.
    Заметим что можно произвести и более реальные расчеты, учитывающие масиконструкции ступени. Кроме того, можно рассмотреть и одноступеневуфотонних ракету с жилой частью как для случая ступени из топлива, так и с учетом массы конструкции ступени.

    Перспективы ракетной техники.

    Хотя первые полеты автоматических межпланетных станций осуществлены с помощью ракетных двигателей, работающих на химическом топливе, тем не менее даже перспективные термохимические топлива не позволят увеличить скорость истечения газов свыше 4,8 км / сек. В связи с этим конструкторикосмичних ракет все больше и больше задумываются над созданием ракет с ядерными двигателями.

    Принцип работы атомных тепловых ракет несложен. В этих ракетах будевстановлюватися ядерный реактор. Выделяли им тепло пойдет на розигривробочого тела: жидкий водород, аммиак или вода будут превращаться раскаленный газ, который, истекая из сопла с огромной скоростью, створитьреактивну силу тяги. Если скорость истечения струи в химических двигунахстановить несколько километров в секунду, то в тепловых атомных ракетных можно ожидать скоростей порядка 10 км / сек. Поэтому удельный тягарухових установок атомных ракет будет намного выше тяги жидкостно-реактивных двигателей с самыми высокоэффективными химическими топливом.

    Теоретически скорости истечения рабочего тела в атомных реакторахнеобмежени. Но практически они не смогут превышать некоторых пределов, зависят от свойств материала реактора и сопла. Чтобы удельный тягаатомних ракет намного превосходила тягу ракет с химическими топливом, температура поступающих в сопло газов должна быть около 3000-4000градусив. Конструирование атомных реактивных двигателей осложняется такожтруднощамы создания жаропрочных материалов для реактора и сопла, необходимостью установки больших по габаритам и весу холодильников и рядом других причин. Некоторые трудности вызваны проблемой управления атомнимиреакциямы при высоких внутренних температурах, при которых даже уранперебуваты в расплавленном состоянии.


    Похожие новости
  • Планеты Солнечной системы
  • NASA: Обломки американского спутника упали на территории Канады
  • “Телепортация” по-белорусски.
  • В космосе
  • Онлайн Земля со спутника

заказать установку спутниковой антенны
Наши акции


Скоро в эфире Виасат

Пакеты с абонплатой
ВИАСАТ

Платное ТВ без договоров
UA TV